KR20230014469A - Method of Coating for powder, and Apparatus adopting the method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 파우더 코팅 방법 및 장치에 관한 것으로 상세하게는 미세 입자의 표면에 타겟 물질 또는 반응물질을 코팅하는 방법 및 이를 적용하는 코팅 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a powder coating method and apparatus, and more particularly, to a method of coating a target material or a reactant on the surface of fine particles and a coating apparatus applying the same.
미세 입자에 대한 코팅 장치는 공정 챔버 또는 반응 용기 내에서 미세 입자에 CVD(Chemical Vapor Deposition), ALD(Atomic Layer Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition) 등의 코팅을 수행한다. 이러한 코팅 장치는 파우더 상태의 미세 입자 각각 표면에 코팅을 수행하기 위하여 드럼형 회전 반응 용기 내에서 파우더를 반응 용기 내 공간에서 비산 시키거나 진동 반응 용기에서 파우더를 교반하며 코팅을 수행한다.A coating device for fine particles performs coating such as chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), and physical vapor deposition (PVD) on fine particles in a process chamber or reaction vessel. In this coating device, in order to coat the surface of each fine particle in a powder state, the powder is scattered in the space inside the reaction vessel in a drum-type rotating reaction vessel or the powder is stirred in a vibrating reaction vessel to perform coating.
도1은 회전 드럼을 이용하는 종래의 코팅 장치(특허공개 10-2019-0122068, 특허문헌 2)의 일례를 도시한다. 1 shows an example of a conventional coating device (Patent Publication No. 10-2019-0122068, Patent Document 2) using a rotary drum.
도1에 도시된 바와 같이, 챔버(10) 내에 코팅 대상 파우더(20)가 수용되는 드럼형 반응 용기(11)가 마련되어 있다. 이 반응 용기(11)는 챔버(10) 외부에 마련된 회전장치(12)에 연결되어 소정의 속도로 회전된다. 한편, 반응 용기(11) 내에는 스퍼터링 타겟(16)이 마련되며 이는 챔버(10) 외부에 마련되는 RF 파워소스(15)에 연결된다. 상기 챔버(10)는 외부 진공 배기장치(13)에 연결되고, 그리고 외부로부터의 반응가스가 주입되는 반응 가스공급부(14)와도 연결되어 있다.As shown in FIG. 1, a drum-
상기 드럼형 반응 용기(11)는 도2에 도시된 바와 같이 수평방향의 회전축을 중심으로 회전되며, 그 내부에는 증착 대상인 파우더(20)가 수용된다.As shown in FIG. 2, the drum-
상기 파우더(20)는 회전하는 반응 용기(11)의 내면을 따라서 상승과 낙하를 반복한다. 파우더(20)는 중력에 의해 반응 용기(11)의 하방에 위치하며, 회전하는 반응 용기(11)의 내면을 따라 상방으로 이송(A)되다가 어느 정도 높이 올라 가면 중력에 의해 그 하방으로 낙하한다. 그런데, 이러한 종래 방식의 한계는 파우더를 반응 용기의 내부 높은 곳으로 끌어올리는 높이의 한계가 존재하며 따라서 공중 체류 시간을 충분하게 확보하기 어렵다.The
한편, 일본특허 6199145호(특허문헌 6)는, 반응 용기 자체에 진동을 일으키면서 반응 용기 내의 보조 진동재와 함께 코팅 대상 파우더를 교반 하고, 이러한 상태에서 파우더 입자에 대한 코팅을 진행하는 방법을 제시한다. 도2의 그림은 일본특허 6199145의 특허 공보에 실려있는 한 도면을 부분적으로 발췌한 것이다. On the other hand, Japanese Patent No. 6199145 (Patent Document 6) proposes a method of stirring the powder to be coated with an auxiliary vibrating material in the reaction vessel while causing vibration in the reaction vessel itself, and proceeding with coating of the powder particles in this state. do. The figure of FIG. 2 is a partial excerpt from a drawing published in the patent publication of Japanese Patent No. 6199145.
도2에 도시된 바와 같이, 코팅 대상 파우더가 수용되는 반응 용기(14)는 그 하부에 설치되는 진동 장치(15)에 의해 진동이 되어 그 내부의 코팅 대상 파우더가 반응 용기의 진동에 의해 교반이 되도록 되어 있다. 반응 용기의 진동이 수직 또는 수평 방향으로 이루어지면, 코팅 대상 파우더는 상하 또는 수평 방향으로 진동되며, 이때에 반응 용기(14) 내에 수용되는 교반 구체(22)도 같이 진동한다. 교반 구체(22)의 진동은 반응 용기(14)에 의해 교반되는 파우더와 충돌을 일으킨다. 따라서 파우더 입자는 반응 용기의 진동과 함께 교반 구체에 충돌하면서 스퍼터링 타겟을 향하는 파우더 입자의 면이 원활하게 바뀌면서 전면적으로 고른 코팅이 가능하게 된다.As shown in FIG. 2, the
이러한 진동 반응 용기에 의한 파우더 코팅 장치는 파우더를 공중에 부양 시키지 않고, 반응 용기 바닥에서 코팅이 진행되는 구조로서, 반응 용기의 바닥에 쌓인 파우더를 반응 용기의 진동과 교반 구체에 의해 교반 하면서 그 상부에서 공급되는 스퍼터링 입자(28)가 파우더 입자의 표면에 접촉되게 한다.The powder coating device using such a vibrating reaction vessel has a structure in which the coating proceeds at the bottom of the reaction vessel without suspending the powder in the air, and while stirring the powder accumulated on the bottom of the reaction vessel by the vibration and stirring sphere of the reaction vessel, the top The
이러한 방식에 따르면, 진동하는 반응 용기 바닥에서 파우더를 교반하면서 코팅이 이루어지기 때문에 스퍼터링 입자가 반응 용기 바닥으로 충분히 공급되지 않아서 파우더 입장에 대한 코팅이 매우 더디게 진행되어, 대량의 파우더 코팅이 사실상 불가능하다.According to this method, since the coating is performed while stirring the powder at the bottom of the vibrating reaction vessel, the sputtering particles are not sufficiently supplied to the bottom of the reaction vessel, so that the coating for the powder entry proceeds very slowly, and a large amount of powder coating is virtually impossible .
미세 파우더 입자에 대한 코팅에 있어서, 입자 전체 코팅면에 대한 고른 코팅이 가능할 뿐 아니라 이를 대량으로 처리할 수 있는 방법에 대한 진전된 연구가 요구된다.In the coating of the fine powder particles, it is required to conduct research on a method that can not only uniformly coat the entire coated surface of the particles but also process them in large quantities.
본 개시는 미세 입자에 대한 코팅 품질을 향상시킬 수 있는 코팅 방법 및 장치를 제안한다.The present disclosure proposes a coating method and apparatus capable of improving coating quality for fine particles.
본 개시는 미세 입자에 대한 코팅 속도를 보다 크게 향상시킬 수 있는 코팅 방법 및 장치를 제안한다.The present disclosure proposes a coating method and apparatus capable of greatly improving the coating speed for fine particles.
본 개시는 대량 생산에 적합한 파우더 코팅 방법 및 장치를 제안한다.The present disclosure proposes a powder coating method and apparatus suitable for mass production.
본 개시의 한 실시 예에 따른 파우더 코팅 방법:은Powder coating method according to an embodiment of the present disclosure: silver
파우더에 대한 코팅이 이루어지는 공정 챔버의 내부에서 코팅 대상 파우더를 반응 용기에 공급하는 파우더 공급 단계;A powder supply step of supplying a powder to be coated to a reaction container inside a process chamber in which powder coating is performed;
상기 반응 용기를 임의 속도로 소정 행정 거리를 상하 왕복시켜 상기 반응 용기에 저장된 파우더가 반응 용기의 상방으로 부양된 후, 자중에 의해 용기의 바닥으로 낙하하도록 하는 파우더 부양 단계; 그리고A powder lifting step of reciprocating the reaction container up and down at a predetermined stroke distance at an arbitrary speed so that the powder stored in the reaction container is lifted upward of the reaction container and then falls to the bottom of the container by its own weight; And
상기 공정 챔버 내에 코팅 물질을 공급하여 부양된 파우더에 상기 코팅 물질을 접촉시켜 파우더에 대한 코팅을 진행하는 파우더 코팅 단계;를 포함한다.and a powder coating step of supplying the coating material into the process chamber and bringing the coating material into contact with the floating powder to perform coating on the powder.
본 개시의 다른 실시 예에 따르면, 상기 반응 용기를 승하강 시키는 과정에서 상기 반응 용기를 타격하는 타격 단계를 더 포함하여, 상기 반응 용기의 타격에 의해 상기 반응 용기 내의 파우더가 1차 타격된 반응 용기의 타격 부분에 의해 2차 타격되어 상기 반응 용기의 상방으로 부양되도록 할 수 있다. According to another embodiment of the present disclosure, the reaction vessel in which the powder in the reaction vessel is primarily hit by the impact of the reaction vessel, further comprising a hitting step of hitting the reaction vessel in the process of raising and lowering the reaction vessel Secondary hit by the hitting part of the can be so that it is lifted upwards of the reaction vessel.
본 개시의 다른 실시 예에 따르면, 상기 코팅 물질의 공급은 스퍼터링 장치 또는 ALD 장치에 의해 수행하며, 상기 장치에 의한 코팅 물질을 상기 공정 챔버 내로 공급할 수 있다.According to another embodiment of the present disclosure, the supply of the coating material may be performed by a sputtering device or an ALD device, and the coating material may be supplied into the process chamber by the device.
본 개시의 다른 실시 예에 따르면, 상기 타격 장치는 단속적 충격파를 상기 반응 용기의 바닥에 가하여, 상기 반응 용기의 상방으로 상기 파우더를 연속적으로 부양시킬 수 있다.According to another embodiment of the present disclosure, the striking device may continuously lift the powder upward of the reaction vessel by applying an intermittent shock wave to the bottom of the reaction vessel.
본 개시의 한 실시 예에 따른 파우더 코팅 장치:는Powder coating apparatus according to an embodiment of the present disclosure:
외부로부터 격리된 공정 챔버를 형성하는 하우징;A housing forming a process chamber isolated from the outside;
상기 공정 챔버 내의 하부 측에 위치하는 것으로 코팅 대상인 파우더가 수용되는 것으로 그 내부에서 파우더의 부양이 이루어 지는 파우더 반응 용기;a powder reaction container located on the lower side of the process chamber, in which the powder to be coated is accommodated, and in which the powder is lifted;
상기 파우더 반응 용기를 임의 진폭으로 상하 방향으로 왕복동 시켜 상기 반응 용기에 수용된 파우더를 반응 용기의 상방으로 부양시키는 반응 용기 오실레이터; 그리고a reaction vessel oscillator for reciprocating the powder reaction vessel in an up-and-down direction at an arbitrary amplitude to lift the powder accommodated in the reaction vessel upward of the reaction vessel; And
상기 공정 챔버의 상방에 위치하여 상기 반응 용기의 상방으로 부양된 파우더에 대한 코팅을 진행하는 코팅 물질 공급 장치;를 구비한다.and a coating material supply device positioned above the process chamber to perform coating on the powder floated upward of the reaction container.
본 개시의 다른 실시 예에 따르면, 상기 파우더 반응 용기를 충격하여 상기 반응 용기에 수용된 파우더를 반응 용기의 상방으로 부양을 가중하는 반응 용기 타격 장치;를 더 구비할 수 있다.According to another embodiment of the present disclosure, a reaction vessel striking device for impacting the powder reaction vessel to weight the powder accommodated in the reaction vessel upwardly in the reaction vessel may be further provided.
구체적인 다른 실시 예에 따르면 상기 타격 장치는 상기 반응 용기를 직접 타격하는 회동형 해머를 구비할 수 있다.According to another specific embodiment, the hitting device may include a rotary hammer that directly hits the reaction container.
구체적인 다른 실시 예에 따르면, 상기 하우징에 의한 공정 챔버는 하나의 중심 영역을 에워싸는 상기 반응 용기의 이송 경로가 마련되며,According to another specific embodiment, the process chamber by the housing is provided with a transfer path of the reaction vessel surrounding one central region,
상기 이송 경로 상에는 상기 반응 용기 내의 파우더에 대한 임의의 공정이 진행되는 다수의 단위 공정 영역이 배치되며,On the transfer path, a plurality of unit process areas are arranged in which an arbitrary process for the powder in the reaction vessel is performed,
상기 챔버의 하부에 상기 반응 용기를 상기 회전 이송 경로를 따라 이송시키는 용기 이송 장치가 마련되고, 그리고A vessel transfer device for transferring the reaction vessel along the rotational transfer path is provided at the lower portion of the chamber, and
상기 챔버의 상부의 천정에는 해당 공정에 대응하는 단위 공정 모듈이 각각 설치된다.Unit process modules corresponding to the process are respectively installed on the ceiling of the upper part of the chamber.
구체적인 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 이송장치는 상기 챔버의 하부에위치하는 스윙암을 포함하며, 상기 스위암에는 상기 단위 공정 영역에 대응하게 상기 반응 용기 및 반응 용기 오실레이터가 설치될 수 있다.According to another specific embodiment, the transfer device includes a swing arm positioned below the chamber, and the reaction vessel and the reaction vessel oscillator may be installed in the swing arm to correspond to the unit process area.
구체적인 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 공정 챔버의 천정에는 상기 단위 공정 모듈을 선택적으로 상기 공정 챔버 내로 노출시키는 소스 셔터가 마련될 수 있다.According to another specific embodiment, a source shutter for selectively exposing the unit process module into the process chamber may be provided on the ceiling of the process chamber.
구체적인 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 단위 공정 모듈에는 파우더 공급 장치 및 파우더 회수 장치가 포함될 수 있다.According to another specific embodiment, the unit process module may include a powder supply device and a powder recovery device.
구체적인 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 단위 공정 모듈에는 파우더에 대한 코팅을 위한 PVD 장치와 ALD 장치 중에 적어도 어느 하나가 포함될 수 있다.According to another specific embodiment, the unit process module may include at least one of a PVD device and an ALD device for powder coating.
상기 단위 공정 모듈에는 상기 파우더를 건조하는 예열 장치 또는 예열 모듈(402)가 포함될 수 있다.The unit process module may include a preheating device or a
상기 단위 공정 모듈에는 상기 파우더에 대한 코팅 상태를 검사하는 모니터링 장치가 포함될 수 있다.The unit process module may include a monitoring device for inspecting the coating state of the powder.
도1는 종래 파우더 코팅 장치를 개략적으로 개시한다.
도2는 진동 반응 용기 및 진동 보조재를 이용하는 종래 다른 코팅 장치를 도시한다.
도3는 본 개시의 한 실시 예에 따른 코팅 방법을 수행하는 코팅 장치의 개략적 구성을 도시한다.
도4는 본 개시의 한 실시 예에 따른 파우더 코팅 장치에서 공정 챔버에서의다수 단위 공정 모듈의 배치 구조를 보인다.
도5는 본 개시의 한 실시 예에 따른 파우더 코팅 장치에서, 공정 챔버의 하부에 설치되는 반응 용기 이송 장치의 위치 및 작동을 설명하는 도면이다.
도6은 본 개시의 한 실시 예에 따른 파우더 코팅 장치에서, 공정 챔버의 수직 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도7은 본 개시의 한 실시 예에 따른 파우더 코팅 장치에서, 예열 모듈에 의한 파우더 건조를 보인다.
도8은 본 개시의 한 실시 예에 따른 파우더 코팅 장치에서 파우더에 대한 PVD 코팅 구조를 도시한다.
도9는 본 개시의 한 실시 예에 따른 파우더 코팅 장치에서, 파우더에 대한ALD 코팅 구조를 도시한다.
도10은 본 개시의 한 실시 예에 따른 파우더 코팅 장치에서, 코팅이 진행된 파우더 입자에 대한 코팅 분석을 위한 박막 모니터링 구조를 도시한다.
도11은 본 개시의 한 실시 예에 따른 파우더 코팅 장치에서, 코팅이 완료된 파우더를 회수하는 파우더 회수 모듈 작동을 도시한다.
도12는 본 개시의 한 실시 예에 따른 파우더 코팅 방법의 공정 흐름도이다.1 schematically discloses a conventional powder coating apparatus.
Figure 2 shows another conventional coating apparatus using a vibrating reaction vessel and a vibrating aid.
3 shows a schematic configuration of a coating apparatus for performing a coating method according to an embodiment of the present disclosure.
4 shows an arrangement structure of multiple unit process modules in a process chamber in a powder coating apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
5 is a view illustrating the location and operation of a reaction container transfer device installed below a process chamber in a powder coating apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
6 is a cross-sectional view schematically showing a vertical structure of a process chamber in a powder coating apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
7 shows powder drying by a preheating module in a powder coating apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
8 shows a PVD coating structure for powder in a powder coating apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
9 shows an ALD coating structure for powder in a powder coating apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
10 shows a structure for monitoring a thin film for coating analysis on coated powder particles in a powder coating apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
11 illustrates an operation of a powder recovery module for recovering coated powder in a powder coating apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
12 is a process flow diagram of a powder coating method according to an embodiment of the present disclosure.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명 개념의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명 개념의 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명 개념의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명 개념의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명 개념을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the concept of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the inventive concept may be modified in many different forms, and the scope of the inventive concept should not be construed as being limited due to the embodiments described below. Embodiments of the inventive concept are preferably interpreted as being provided to more completely explain the inventive concept to those with average knowledge in the art. The same sign means the same element throughout. Further, various elements and areas in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the inventive concept is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명 개념을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함한다” 또는 “갖는다” 등의 표현은 명세서에 기재된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the concept of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the expression “comprises” or “has” is intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features or It should be understood that the presence or addition of a number, operation, component, part, or combination thereof is not precluded.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical terms and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the concept of the present invention belongs. In addition, commonly used terms as defined in the dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with what they mean in the context of the technology to which they relate, and in an overly formal sense unless explicitly defined herein. It will be understood that it should not be interpreted.
어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.When an embodiment is otherwise embodied, a specific process sequence may be performed differently from the described sequence. For example, two processes described in succession may be performed substantially simultaneously, or may be performed in an order reverse to the order described.
첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 여기에 사용되는 모든 용어 "및/또는"은 언급된 구성 요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.In the accompanying drawings, variations of the shapes shown may be expected, eg depending on manufacturing techniques and/or tolerances. Therefore, the embodiments of the present invention should not be construed as being limited to the specific shape of the region shown in this specification, but should include, for example, a change in shape resulting from the manufacturing process. All terms “and/or” as used herein include each and all combinations of one or more of the recited elements. In addition, what is described as “upper” or “on” in this specification may include not only what is directly on top of contact but also what is on top of non-contact.
이하에서 박막 코팅 증착 방법을 적용하는 미세 파우더 입자 코팅 방법 및 이를 적용하는 장치의 여러 실시 예가 설명된다. 본 발명의 코팅 방법 및 장치에는 PVD(Physical Vapor Deposition)의 일종인 스퍼터링 증착, CVD(Chemical Vapor Deposition) 또는 ALD (Atomic Layer Deposition) 코팅 방법 등의 다양한 형태의 박막 형성 방법이 적용될 수 있다.Hereinafter, various embodiments of a fine powder particle coating method applying a thin film coating deposition method and an apparatus applying the same will be described. Various types of thin film formation methods, such as sputtering deposition, which is a kind of physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), or atomic layer deposition (ALD) coating, may be applied to the coating method and apparatus of the present invention.
코팅 대상은 직경 수 십 나노미터에서 수 백 마이크로미터 크기의 미세 입자이며, 여기에는 화장품 기초재료, 촉매의 제조 등에 사용될 수 있으며, 특히 다양한 목적에 의해 미세 입자의 표면 개질에도 코팅이 적용될 수 있다. 일례로서 파우더 재료 입자(파우더 입자)는 탄소, 합성수지 등이 될 수 있으며, 코팅 물질로서는 Pt, Ru 등의 단일 물질 또는 화학적 결합에 의한 화합 물질 등이 이용될 수 있다.The coating target is fine particles with a diameter of several tens of nanometers to several hundred micrometers, which can be used for the manufacture of cosmetic base materials and catalysts, and in particular, the coating can be applied to surface modification of fine particles for various purposes. As an example, powder material particles (powder particles) may be carbon or synthetic resin, and as a coating material, a single material such as Pt or Ru or a compound material by chemical bonding may be used.
도3은 본 발명의 코팅 증착 방법을 수행하는 코팅 장치에서 파우더의 미세 입자에 대한 코팅 기본 구성을 도시한다.Fig. 3 shows the basic configuration of coating fine particles of powder in a coating apparatus for carrying out the coating deposition method of the present invention.
도3을 참조하면, 본 실시 예에 따른 코팅 장치(1)는 파우더 상태의 입자에 대한 코팅이 진행되는 공정 챔버(101), 공정 챔버(101)의 내부로 코팅 물질(403')을 공급하는 코팅 물질 공급 장치(403), 그리고 공정 챔버(101)의 하부에는 코팅 대상인 파우더(20)을 수용하는 반응 용기(300)를 구비한다. 그리고 반응 용기(300)를 물리적으로 상하 오실레이팅시켜 반응 용기(300) 내부의 파우더(500)를 상방으로 부양시키도록 반응 용기(300)를 상하 일정 행정 거리(行程距離)를 오실레이팅시키는 반응 용기 오실레이터(200)와 반응 용기(300)의 바닥을 물리적으로 강하게 충격하는 반응 용기 타격 장치(210)가 마련된다.Referring to FIG. 3 , the
상기 반응 용기(300)는 부양된 파우더(500)에 대한 코팅이 진행되는 코팅 공간(301)을 상기 공정 챔버(101) 내부에서 일부 고립된 형태로 제공한다. 상기 코팅 공간(301)은 코팅 물질 공급 장치(403)에 의해 ALD 방법의 프리커서 또는 PVD 방법의 입자 또는 파티클 등의 코팅 물질(403')이 공급되는 영역이며, 또한 반응 용기 오실레이터(200) 및 타격 장치(210)에 의해 파우더(500)가 부양된 상태에서 상기 코팅 물질(403')과 물리적으로 접촉되는 코팅 대상 파우더(500)의 부양 공간이기도 하다.The
반응 용기(300)의 상부 개구부 안쪽 둘레에는 소정 각도, 예를 들어 45도 기울어진 스커트(300a)가 형성되어 있다. 이 스커트(300a)는 반응 용기(300) 내부에서 부양하는 파우더(500)가 외부로 빠져 나가지 않도록 하는 벽체의 기능을 가지며, 그 내측 가장자리의 선단부인 립(lip)은 후술하는 파우더 회수기의 하단이 기밀하게 접촉되는 부분이다.A
상기 반응 용기 오실레이터(200)는 상하 왕복동형 제1액튜에이터(201) 및 이에 의해 승하강 하는 작동로드(202)를 구비한다. 상기 작동 로드(202)의 상단부는 반응 용기(300)의 하부에 고정되며, 따라서 작동 로드(202)의 상하 왕복동(오실레이팅)에 의해 파우더(500)를 저장하고 있는 반응 용기(300)도 같이 상하 왕복동 한다.The
상기 반응 용기(300)의 상하 오실레이팅은 파우더(500)를 체질 하듯이 반응 용기(300)의 상방으로 높게 부양시킬 수 있는 정도로 일어난다. 이러한 반응 용기(300)의 상하 오실레이팅에 의해 반응 용기(300) 내의 파우더(500)는 반응 용기(300)의 상방으로 부양되고, 그리고 파우더(500)는 잠시 반응 용기 상방에서 잠시 체류하다가 곧 이어 중력에 의해 반응 용기(300)의 바닥으로 낙하한다. Oscillating up and down of the
파우더(500)에 대한 코팅은 상기 반응 용기 오실레이터(200)가 작동하는 동안에 진행된다. 코팅은 코팅 물질 공급 장치(403)에 의해 공급되는 코팅 물질(403')이 반응 용기(300) 상방에 부양된 파우더에 접촉함으로써 이루어지며 이러한 코팅 물질(403')의 접촉은 파우더가 부양 및 낙하 과정에서 지속된다.Coating of the
상기 작동 로드(202)의 행정 거리는 1~100mm 의 범위로 조절될 수 있다. 파우더(500)의 입자의 크기나 비중에 따라 행정의 조정이 필요하며 이러한 조정은 자동화 레시피를 통해 손쉽게 적용 가능하다.The stroke distance of the operating
상기 작동 로드(202)의 작동에 따라 반응 용기(300)에 수용된 입자 전체가 반응 용기(300)의 상방의 공중에 부양하게 되는데, 행정 거리에 길고 짧음에 의해 부양된 파우더 입자의 체공 시간이 상응하여 변화된다. 부양된 파우더 입자의 체공 정점에 도달 후 입자들은 중력에 의해 자유 낙하하게 되는데, 입자의 고른 교반 및 분산 효과를 높이기 위해 완전히 낙하하여 반응 용기(300)의 바닥에 닫기 전에 작동 로드(202)로 반응 용기(300)를 위로 들어 줌으로써 낙하 중인 입자를 효과적으로 다시 부양시킬 수 있다.According to the operation of the operating
이러한 일련의 과정에서, 작동 로드(202)의 행정 거리와 주파수의 조절에 의해 부양 중 코팅 효과를 크게 향상시킬 수 있는데, 작동 로드(202)의 작동 빈도는 1~60Hz 범위로 정할 수 있으며, 그러나, 전체 시스템의 규모에 따라서 행정 거리와 빈도는 적절히 조정되어야 한다. 상기 오실레이터(200)에 의한 반응 용기의 오실레이션의 패턴 및 속도 등은 코팅 대상 파우더 입자의 크기나 특성에 따라 진동의 패턴 및 속도를 자유롭게 구현 가능하여 파우더의 부양, 교반 및 비산 효과 등을 최적화 할 수 있다. 한편, 상기 오실레이터(200)는 반응 용기(300)의 단순한 승강 장치로서의 기능을 가질 수 있다. 이는 반응 용기(300)에 파우더(500)를 공급할 때에 후술하는 파우더 공급 모듈(401)에서 파우더가 배출되는 파우더 게이트에 근접시키기 위함이며, 파우더(500) 공급이 완료된 후에는 원상태로 하강할 수 있다.In this series of processes, the coating effect during levitation can be greatly improved by adjusting the stroke distance and frequency of the operating
상기 타격 장치(210)는 반응 용기(300)의 바닥을 두드리는 회동형 타격 해머(212) 및 이를 작용하는 제2액튜에이터(211)를 구비한다. 상기 타격 해머(212)가 적절히 조절된 힘에 의해 반응 용기(300)의 바닥을 1차 타격하면, 충격을 받은 반응 용기(300) 바닥이 파우더(500)를 강하게 2차 타격한다. 따라서, 타격된 파우더(500) 입자는 반응 용기(300)의 상방으로 부양하고, 그 후 중력에 의해 낙하한다. The
상기 타격 해머(212)에 의한 반응 용기(300) 바닥의 타격은 파우더(500)를 높이 부양시킬 뿐 아니라 코팅 과정에서 엉겨진 파우더 덩어리를 잘게 부수어서 입자 간의 엉김도 풀어 준다. 이러한 타격 장치(210) 에 의한 타격 힘 및 타격 빈도는 제2액튜에이터(211)에 의해 적절히 조절될 수 있다.The hitting of the bottom of the
본 실시 예에서는 반응 용기를 상하로 움직여 파우더를 높이 부양시키는 반응 용기 오실레이터(200)의 적용이 기본이며, 타격 장치(210)는 선택적으로 적용될 수 있다. In this embodiment, the application of the
한편, 선택적 요소로 언급된 타격 장치(210)는 코팅이 완료된 파우더를 회수하는 과정에서 반응 용기에 늘어 붙은 파우더 입자를 분리하는 용도로도 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 파우더에 대한 코팅이 진행되면서 반응 용기(300)의 바닥이나 측면을 포함하는 전체 내벽에 파우더(500)가 엉겨 붙을 수 있다. 이렇게 엉겨 붙은 파우더(500)는 오실레이터(200)에 의한 작동 로드(202)의 오실레이션에 의해서도 잘 떨어 지지 않는다. 그러나, 타격 해머(212)에 의해 반응 용기(300)에 가해지는 충격력은 반응 용기의 내벽에 들어 붙은 파우더(500) 덩어리를 용이하게 분리하여 이를 반응 용기(300)내에서 정상적으로 코팅이 진행되는 파우더 흐름(501)에 포함시킬 수 있다.On the other hand, the
상기 오실레이터(200)의 제1액튜에이터(201)와 타격 장치(210)의 제2액튜에이터(211)는 기계적, 전기적 또는 전기-기계적 작동 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 전자석 보이스 코일 모터 구조, 또는 전기 모터와 치자, 크랭크 등을 사용하는 일반적 기계적 회전-직선 운동 변환 구조를 상기 제1, 제2액튜에이터에 적용될 수 있다.The
다른 실시 예에 따르면, 파우더(500)의 부양을 위한 오실레이터(200)는 반응 용기(300)를 상하의 움직임뿐만 아니라, 좌우로 흔들면서 상하로 움직이는 방식, 또는 반응 용기(300)를 회전시키면서 상하로 움직이는 등의 여러 형태의 오실레이션 발생 방식이 적용될 수 있다.According to another embodiment, the
도4는 본 개시에 따른 파우더 코팅 장치의 한 실시 예를 개략적으로 도시하는 평면도로서, 파우더 코팅을 위한 여러 단위 공정 모듈이 하나의 공정 챔버에 배치되어 있는 구조를 보인다.Figure 4 is a plan view schematically showing an embodiment of a powder coating apparatus according to the present disclosure, showing a structure in which several unit process modules for powder coating are disposed in one process chamber.
공정 챔버(101)의 내부에는 도3의 설명된 반응 용기(300), 반응 용기 오실레이터(200), 타격 장치(210)등의 구성 요소들이 위치하며, 최하위의 공정 챔버(101)의 바닥 가까이에는 반응 용기(300)를 이용하는 용기 이송 장치(407)가 설치되며(도6 참고), 후에 상세히 설명된다.Inside the
공정 챔버(101)의 천정에 후술하는 셔터 장치(406)의 한 요소인 셔터 드라이버(405a)를 중심으로 그 둘레에 다수의 단위 공정 모듈(401, 402, 403, 404, 405)이 임의 각도 간격으로 하나의 원형 배치 라인에 설치되어 있다. 반응 용기(300)의 이송 궤적에 일치하는 하나의 원호 상에 배치되는 상기 단위 공정 모듈(401, 402, 403, 404, 405)의 배치 형태를 살펴보면 다음과 같다. 도4에서, 코팅 공정 시작 위치인 9시 방향의 위치에 파우더 공급 모듈(401)이 배치되고 이에 이어 시계 방향으로 예열 모듈(402), 제1 PVD 모듈(403a), 제2PVD 모듈(403b), ALD 모듈(403c), 검사 모듈(404), 그리고 회수 모듈(405)이 원형으로 배치된다.A plurality of
코팅 물질(403')을 공급하는 코팅 물질 공급 장치(403)에는 상기 제1 소스 모듈(403a), 제2 소스 모듈(403b), 제3 소스 모듈(403c) 등이 포함된다.The coating
이러한 단위 공정 모듈들은 공정 챔버의 위에 배치되며, 공정 챔버(101)의 천정에 마련되는 셔터 장치(406)를 통해 공정 챔버(101)의 내부로 액세스할 수 있도록 되어 있다.These unit process modules are disposed above the process chamber and are accessible to the inside of the
상기 셔터 장치(406)는 공정 챔버(101)의 천정 중앙에 위치하는 셔터 드라이버(405a), 공정 챔버(101)의 내부의 천정 가까이에 배치되는 회전형 소스 셔터(406b)를 구비한다. 상기 소스 셔터(406b)에는 상기 단위 공정 모듈 들에 대응하는 위치에 형성되는 어퍼쳐(406c)를 구비한다. 상기 소스 셔터(406b)는 상기 셔터 드라이버(406a)에 의해 일정한 각도 간격으로 회전하면서, 상기 어퍼쳐(406c)를 상기 단위 공정 모듈들 중의 어느 하나에 대응하게 배치된다. 상기 소스 셔터(406b)는 하나의 어퍼쳐(406c)를 가지며, 공정이 진행되는 특정 단위 공정 모듈에 대응하게 위치하여, 해당 공정 모듈이 공정 챔버 내부에서의 주어진 공정을 수행할 수 있도록 하며, 공정이 진행하지 않는 나머지 단위 공정 모듈은 공정 챔버 내부에 노출이 되지 않도록 차단한다.The
상기 회전형 소스 셔터(406c)는 셔터 드라이버(406a)의 회전에 의해 진행되는 공정 모듈에 대해 내부 공정 챔버를 개방하는 것으로 해당 공정 모듈 외에는 모두 공정 챔버로부터 격리하고 공정 챔버로부터 유입될 수 있는 소스 입자, 가스 등을 차단하여 다른 공정 모듈을 보호하는 것이다. 즉, 소스 셔터(406c)는 다수의 소스 모듈 중 어느 하나의 소스 모듈을 선택적으로 개방시켜 해당 소스의 기능을 공정에 적용할 수 있도록 한다. 동시에 비사용 소스 모듈들은 차폐시켜 타 소스 공정 시 비사용 소스 모듈의 오염을 방지한다. 오염 방지 효과를 증대시키기 위해 셔터 장치(406)에는 소스 셔터(406c)의 업/다운 기능을 포함할 수 있으며, 부가적인 씰링 부재도 포함할 수 있다.The
단위 공정 모듈에는 전술한 바와 같이 공정 챔버(101) 내에 위치하는 반응 용기(300)에 코팅 대상 파우더를 공급하는 파우더 공급 모듈(401), 반응 용기(300) 내의 파우더를 건조하여 수분 등을 제거하는 예열 모듈(402), 파우더에 대해 코팅을 수행하는 PVD, CVD, ALD 등의 다수의 코팅 물질 공급장치(403), 예를 들어 PVD 등의 제1 소스 모듈(403a), PVD 또는 CVD 등의 제2 소스 모듈(403b), 그리고 ALD 등의 제3 소스모듈(403c), 파우더 입자에 대한 코팅 상태 모니터링 모듈(404), 그리고 석션 장치를 갖춘 파우더 회수 모듈(405) 등이 포함될 수 있으며, 이들 단위 공정 모듈들은 선택적 요소들로서 일부가 배제되거나, 다른 유형의 단위 공정 모듈을 더 포함할 수 있다.As described above, the unit process module includes the
한편, 상기 반응 용기(300)는 공정 챔버(101)의 천정 위에 위치가 고정되어 있는 상기 단위 공정 모듈들 각각에 공정에 따라 특허 단위 공정 모듈의 직하방에 위치하도록 위치 이동하며, 이는 후술하는 회전 용기 이송 장치 (407, 도6) 또는 스윙 암(407a, 도6)에 의해 이루어 지며, 이에 대해서는 도6의 설명에서 보다 상세히 설명된다.Meanwhile, the
회전 용기 이송 장치 또는 스윙 암은 상기 반응 용기(300)가 상기 단위 공정 모듈의 직하부에 위치하도록 반응 용기(300)를 이송하는 구조를 가지며, 공정 챔버(101)의 하부에 상기 셔터 장치와 상하 서로 마주 보게 설치된다. The rotating vessel transport device or swing arm has a structure for transporting the
도5는 본 개시의 한 실시 예에 따른 파우더 코팅 장치의 공정 챔버의 내부를 보이는 개략적 평면도이다.5 is a schematic plan view showing the inside of a process chamber of a powder coating apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
도5에 도시된 바와 같이 공정 챔버(101) 하부에는 스윙 암(407b)과 이를 구동하는 스윙-암 액튜에이터(407a)를 포함하는 반응 용기 이송 장치(407)가 설치된다. 상기 반응 용기 이송 장치(407)는 전술한 단위 공정 모듈 들이 위치하는 영역으로 반응 용기(300)를 이송한다. 상기 스윙 암(407b)은 360도 회전이 가능하다.As shown in FIG. 5, a reaction
이하에서는 본원 발명에 따른 파우더 코팅 방법의 일 실시 예가 설명되는데, 각 단위 공정 모듈에 의해 단위 공정 및 단위 공정 모듈들 각각의 개략적 구조 및 작동도 같이 설명된다.Hereinafter, an embodiment of the powder coating method according to the present invention is described, and the schematic structure and operation of each unit process and unit process modules are also described by each unit process module.
도6은 공정 챔버(101)의 수직 구조를 개략적으로 보이는 단면도로서 반응 용기(300)가 스윙 암(407b)에 의해 파우더 공급 모듈(401)의 하부에 위치하여 파우더(500)가 공급되는 상태를 개략적으로 예시한다.6 is a cross-sectional view schematically showing the vertical structure of the
상기 스윙 암(407b)의 외측 단부(도면에서 왼쪽) 가까이에는 반응 용기(300)와 그 하부의 오실레이터(200)가 설치되어 있다. 또한, 스윙 암(407b)에는 반응 용기(300)의 하부 양측에 대응하는 타격 장치(210)가 설치된다. 상기 반응 용기(300)는 스윙 암(407b)의 회전에 의해 전술한 여러 단위 공정 모듈의 배치 라인을 따라 이동하여 파우더 공급 모듈(401)과 같은 하나의 단위 공정 모듈의 직하부에 반응 용기(300)가 위치되도록 한다.Near the outer end (left side in the drawing) of the
상기 파우더 공급 모듈(401)은 파우더 저장 용기(401a), 그 하부의 파우더 이송 스크류(401c)가 위치하는 파우더 공급관(401d), 그리고 상기 스크류(401c)를 작동시키는 모터(401b), 파우더 공급 노즐(401d) 그리고 파우더 게이트 벨브(401e)를 구비한다.The
진공 기능 유지와 함께 오실레이터(200)의 냉각을 위해 냉각수 공급 기능이 추가 될 수 있다. 공정 챔버(101)에는 일반적인 구조에서와 같이 공정 챔버의 배기를 위해 벨브 및 고진공 펌프를 포함한 배기 장치(101b) 등이 설치된다.A coolant supply function may be added to cool the
공정 챔버의 천정(101a)의 직하부에는 셔터 드라이버(406a)에 의해 구동되는 소스 셔터(406b)가 구비되어 있다. 소스 셔터(406b)는 하나의 소스 모듈을 선택적으로 개방시켜 해당 소스 모듈이 코팅 공정에 적용될 수 있도록 한다.A
도7은 할로겐 히터를 가지는 예열 모듈(402)에 의해 예열하여 반응 용기(300)에 담긴 파우더(500)의 습기 등을 제거하는 상태를 보인다.7 shows a state in which moisture and the like are removed from the
건조 단계에서, 반응 용기(300)가 파우더 공급 모듈(401)의 하부를 벗어나 스윙 암(407b)에 의해 예열 모듈(402)의 하부로 이송된다. 미세한 입자로 된 파우더(500)는 대기의 수분과 쉽게 반응하여 입자끼리 쉽게 응집되는 특성을 갖는다. In the drying step, the
따라서 파우더에 대한 코팅 전에, 고온의 가열을 통해 파우더 내의 수분을 제거하고 응집된 파우더를 분리시킨다. 이때에, 스탠바이 상태에서 빠르게 고온 상태로 가열시킬 수 있는 할로겐 램프 등을 적용할 수 있다. 할로겐 램프 등을 작동하여 파우더의 건조를 수행하는 동안에, 오실레이터(200)를 이용해 반응 용기(300)를 상하로 오실레이팅 시켜 반응 용기(300) 내의 파우더(500)를 용기 위로 부양하여 건조 효과를 증대함과 아울러 타격 장치(210)를 작동하여 엉겨 붙은 입자를 분리함과 동시에 반응 용기(300)의 표면에 들어 붙은 파우더 입자를 분리한다.Therefore, prior to coating the powder, moisture in the powder is removed through high-temperature heating and the agglomerated powder is separated. At this time, a halogen lamp or the like that can quickly heat to a high temperature state in a standby state can be applied. While drying the powder by operating a halogen lamp, etc., the
건조가 진행되는 과정에 상기 오실레이터(200)의 작동은 지속되며, 따라서 파우더는 반응 용기(300)의 상방으로 부양된 후 잠시 시간 공중에 체류한 후 중력에 의해 낙하하게 되고, 이 과정에서 파우더 입자에 열에너지가 충분하고 신속하게, 그리고 골고루 공급되어 신속하고 효과적인 파우더의 건조가 가능하게 된다.During the process of drying, the operation of the
도8은 반응 용기(300)가 소스 모듈인 PVD 장치의 하부로 이송된 후의 파우더 입자에 대한 코팅 방법을 시각적으로 보인다.8 visually shows a coating method for powder particles after the
파우더에 박막을 코팅하기 위해 스퍼터링법이 적용될 수 있다. 이를 위해 공정 챔버(101) 내의 반응 용기(300)가 용기 이송 장치(407)의 작동에 의해 소스 모듈(403a, 403b)이 스퍼터 캐소드의 하부에 위치한다. 오실레이터(200)가 작동하여 반응 용기(300) 내의 파우더는 용기의 상방으로 높게 부양된 후 잠시 체류하다가 곧이어 용기의 바닥으로 낙하하는 파우더의 흐름(501)을 한다. 반응 용기(300)가 상하 오실레이팅 하는 동안 파우더 입자에 대한 소스 물질의 스퍼터링이 진행된다. 파우더 입자에 대한 박막 형성은 스퍼터링 타겟의 종류에 따라 파우더 입자의 표면에 금속이나 비금속 박막이 형성된다.A sputtering method may be applied to coat the powder with a thin film. To this end, the
본 개시에서는 여러 물질의 타겟이 장착된 스퍼터 캐소드를 소스 모듈로 이용함으로써 금속 및 비금속 물질에 구애 받지 않고 원하는 목적에 맞는 멀티레이어 스퍼터 층을 형성할 수 있다.In the present disclosure, by using a sputter cathode equipped with targets of various materials as a source module, a multilayer sputter layer suitable for a desired purpose can be formed regardless of metal or non-metal materials.
도9는 반응 용기(300)가 소스 모듈인 ALD 장치의 하부로 이송된 후의 파우더 코팅 단계를 도식적으로 보인다.9 schematically shows the powder coating step after the
파우더에 박막을 코팅하기 위한 또 다른 방법으로 ALD 증착법이 사용된다. 이를 위해 공정 챔버(101) 내의 반응 용기(300)가 용기 이송 장치(407)의 작동에 의해 소스 모듈(403c)인 ALD 모듈 하부로 이송된다.As another method for coating a thin film on powder, ALD deposition is used. To this end, the
오실레이터(200)가 작동하여 반응 용기(300) 내의 파우더는 용기의 상방으로 높게 부양된 후 잠시 체류하다가 곧이어 용기의 바닥으로 낙하하는 파우더의 흐름(501)이 형성되는 동안, 상기 ALD는 프리커서를 교번적으로 공급하여 ALD 박막을 파우더 입자의 표면에 형성된다.While the
ALD 증착법은 금속 산화막 및 다양한 형태의 화학결합적 박막을 미세파우더 입자에 정밀한 두께로 고르게 박막 쉘을 코팅할 수 있다. 본 실시예 에서와 같이 스퍼터링과 ALD를 복합적으로 적용시켜 응용분야에 적합한 다양한 코어/쉘 구조를 만들 수 있다. The ALD deposition method can evenly coat a thin film shell with a precise thickness of a metal oxide film and a chemically bonded thin film of various types on fine powder particles. As in this embodiment, it is possible to create various core/shell structures suitable for application fields by applying sputtering and ALD in combination.
도10은 코팅이 완료된 파우더 입자에 대한 코팅 분석을 위한 박막 모니터링을 보여 준다.10 shows thin film monitoring for coating analysis on coated powder particles.
PVD나 ALD에 의해 코팅 과정을 거친 파우더는 코팅막 균일도 평가의 과정을 거친다.The powder that has undergone the coating process by PVD or ALD goes through the process of evaluating the uniformity of the coating film.
코팅을 마친 파우더는 반응 용기(300)에 담긴 채, 용기 이송 장치(407)에 의해 모니터링 모듈(404)의 하부로 이송된다.The coated powder is transferred to the lower part of the
모니터링 모듈(404)은 박막 분석 장치 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 파우더 입자 표면에 얼마나 고르게 박막이 증착 되었는지 확인할 수 있는 LIBS(Laser Induced Breakdown Spectroscopy) 분석기가 모니터링 모듈로 이용된다.The
도10에 도시된 바와 같이 모니터링 모듈(404)에 의한 코팅 파우더의 분석은 반응 용기(300)의 상하 오실레이팅을 통해 반응 용기(300)의 파우더를 반응 용기(300) 위로 높이 부양을 시키면서 진행된다. As shown in FIG. 10, the analysis of the coating powder by the
코팅막의 균일도 모니터링을 위해 모니터링 모듈(404)의 LIBS 분석기를 가동하여 고출력 레이저 빔이 반응 용기(300) 상부로 부양하여 비산되고 있는 파우더 입자에 조사된다. 고출력 레이저 빔이 충돌한 파우더 입자에서 국부적 방전 현상에 따른 플라즈마가 발생되고 플라즈마에 의해서 생성된 빛은 프로브의 수집 렌즈를 통해 검출된다. 검출된 빛은 스펙트럼 분석기에서 분석되어 코팅막의 구성 물질, 즉, 원소를 분석한다. 검출된 해당 원소의 분석량 설정 치에 따라 추가 증착공정을 진행하거나 충분한 증착이 이루어져 설정 값 이상 도달하였다면 그 다음 박막을 증착하거나 증착공정을 완료하여 파우더를 회수하는 단계로 넘어 간다.In order to monitor the uniformity of the coating film, the LIBS analyzer of the
도11은 코팅이 완료된 파우더를 회수하는 파우더 회수 모듈을 작동을 도식적으로 보여 설명한다.11 schematically shows and explains the operation of the powder recovery module that recovers the coated powder.
코팅 공정이 완료된 파우더(500)는 반응 용기(300)에 의해 파우더 회수 모듈(405)로 이동한다. 파우더 회수 모듈(405)은 진공 흡입에 의해 싸이클론 회수 탱크(Cyclone Collection Tank, 405c)로 파우더(500)를 반응 용기(300)로부터 회수한다.The
회수 과정에서 회수 모듈(405)의 헤드(405a)가 공정 챔버(101) 내에서 반응 용기(300)의 스커트(300a)에 고정된다. 상기 헤드(405a)는 상기 반응 용기(300)의 개구부를 밀폐할 수 있는 캡의 형태를 가지며, 이때에 반응 용기(300)의 스커트(300a)는 상기 헤드(405a)와 밀착하여 기밀상태를 보다 확고히 유지할 수 있도록 한다.During the recovery process, the
상기 헤드(405a)에는 반응 용기(300) 내부로 질소를 공급하는 노즐(405f)도 포함될 수 있다.The
파우더(500)를 회수하기 위하여, 먼저 회수 헤드(405a)의 노즐(405f)에서 고순도 N2가 분사됨과 동시에 헤드(405a)가 연결되어 있는 배출관(405b) 에 마련되는 진공 흡입기(405e)가 작동된다. 분사된 N2가스에 의해 파우더(500)는 반응 용기(300) 내에서의 비산하게 되며 공중으로 부양하게 된다. 이때 진공흡입기(405e)에 의해 낮은 압력(진공 상태)를 유지하는 헤드(405a)에 의해 파우더가 흡입되어 싸이클론 회수 탱크(405c)로 보내 지고, 반응 용기 내의 파우더는 완전하게 제거된다. 헤드(405a)를 통해 흡입된 미세분말은 회수 탱크(405c)로 보내져 수집되고, N2 가스는 배기관(405d)을 통해 외부로 배출된다.In order to recover the
싸이클론 회수 용기(405c)를 통해 가스는 배기구를 통해 빠져나가고 증착된 미세분말 입자는 회수탱크에 수집된다. 회수된 미세분말 입자는 탱크단위로 교체 될 수도 있고 주기적으로 회수 될 수도 있다. Through the
도11은 본 발명에 따른 파우더 코팅 공정 단계의 전체 흐름도이다.Figure 11 is the overall flow chart of the powder coating process steps according to the present invention.
제1단계(S1): 먼저 공정 챔버 내의 반응 용기에 파우더를 공급한다. 파우더 공급은 공정 챔버 외부에 마련되는 파우더 공급 모듈을 통해 이루어진다. Step 1 (S1): First, powder is supplied to the reaction vessel in the process chamber. Powder supply is performed through a powder supply module provided outside the process chamber.
제2단계(S2): 반응 용기에 수용된 파우더를 가열하여 파우더에 함유된 습기 등을 제거 한다.Step 2 (S2): Heat the powder accommodated in the reaction container to remove moisture contained in the powder.
제3단계(S3): 반응 용기에 파우더가 공급된 이후 반응 용기를 오실레이터에 의해 상하 소정 행정 거리를 상하 반복적으로 상하 오실레이팅 시켜, 반응 용기 내의 파우더가 반응 용기의 상방으로 부양되게 한다.Step 3 (S3): After powder is supplied to the reaction vessel, the reaction vessel is repeatedly oscillated up and down a predetermined stroke distance up and down by an oscillator so that the powder in the reaction vessel is lifted upwards of the reaction vessel.
제4단계(S4): 반응 용기의 상방으로 파우더가 부양되는 상태에서 반응 용기의 상방으로 PVD 스퍼터링 입자나 CVD 소스 가스, ALD 전구체를 공급하여 부양된 파우더 입자에 대한 코팅을 수행하며, 상기 제2단계와 제3단계를 반복하여 소정 기간 동안 소정회수(N) 반복한다. 이 과정에서는 PVD, CVD, ALD 등의 제1~제3소스 모듈 중 어느 하나 가 선택되어 파우더에 대한 코팅 공정이 수행된다.Step 4 (S4): In a state in which the powder is lifted upward of the reaction vessel, PVD sputtering particles, CVD source gas, or ALD precursor are supplied to the upper side of the reaction vessel to perform coating on the lifted powder particles, and the second Steps and the third step are repeated a predetermined number of times (N) for a predetermined period. In this process, one of the first to third source modules such as PVD, CVD, ALD, etc. is selected and the powder coating process is performed.
제5단계(S5): 파우더 입자에 대한 코팅막을 검사하여 코팅 성공여부를 판단하고, 코팅이 더 필요하면, 상기 제3단계로 이행하고, 코팅이 완료된 경우는 다음의 제6단계(S6)로 이행한다.Step 5 (S5): The coating film on the powder particles is inspected to determine whether the coating is successful, and if more coating is required, the step 3 is performed, and when the coating is completed, the step 6 (S6) is performed. fulfill
제6단계(S6); 코팅이 완료된 파우더를 진공 흡입 모듈 등을 이용해 공정 챔버의 외부로 회수한다.Sixth step (S6); The coated powder is recovered to the outside of the process chamber using a vacuum suction module or the like.
위의 과정은 본 발명에 따른 파우더 코팅 방법의 대략적인 과정이며, 아래에 보다 구체적이고 세밀한 시퀀스는 다음과 같다.The above process is an approximate process of the powder coating method according to the present invention, and a more specific and detailed sequence below is as follows.
시퀀스 1: 공정 챔버 내부를 N2로 대기압까지 충전하여 산소, 수분 등의 코팅 방해 물질을 모두 퍼지함과 동시에 파우더 공급장치와 공정 챔버간 압력차에 의해 발생할 수 있는 충격을 방지하여 안정된 파우더 공급이 이루어 질 수 있는 분위기를 만든다.Sequence 1: The inside of the process chamber is filled up to atmospheric pressure with N2 to purge all substances that interfere with coating, such as oxygen and moisture, and at the same time prevent the impact that may occur due to the pressure difference between the powder supply device and the process chamber, resulting in stable powder supply. Create an enjoyable atmosphere.
시퀀스 2: N2로 공정 챔버를 완전히 퍼지한 후, 이송장치의 스윙 암을 파우더 공급 위치로 회전시켜 용기를 파우더 공급 모듈의 하부로 이송한다.Sequence 2: After completely purging the process chamber with N2, the swing arm of the transfer device is rotated to the powder supply position to transfer the container to the lower part of the powder supply module.
시퀀스 3: 소스 셔터의 어퍼쳐를 파우더 공급 위치에 맞추어 파우더 공급 모듈을 공정 챔버 내의 반응 용기에 직접 마주 대하도록 한다.Sequence 3: Match the aperture of the source shutter to the powder supply position so that the powder supply module directly faces the reaction vessel in the process chamber.
시퀀스 4: 파우더 공급 모듈의 파우더 게이트 벨브를 오픈하여 파우더 공급이 가능하도록 한다.Sequence 4: Open the powder gate valve of the powder supply module to enable powder supply.
시퀀스 5: 반응 용기를 하부에서 지지하고 있는 오실레이터의 리니어 모션(상승 작동)으로 반응 용기를 파우더 공급 노즐에 근접 시킨다.Sequence 5: The reaction vessel is moved closer to the powder supply nozzle by the linear motion (elevation operation) of the oscillator supporting the reaction vessel from the bottom.
시퀀스 6: 파우더 공급 모듈의 모터를 작동시켜 반응 용기에 기설정된 분량의 파우더를 공급한다.Sequence 6: By operating the motor of the powder supply module, a predetermined amount of powder is supplied to the reaction vessel.
시퀀스 7: 파우더 공급이 완료되면 파우더 공급장치 케이트 벨브를 닫는다.Sequence 7: Close the gate valve of the powder feeder when powder supply is complete.
시퀀스 8: 공정 챔버를 배기하여 PVD, CVD, ALD 등을 위한 기설정된 진공 압력까지 낮춘다.Sequence 8: Evacuate the process chamber to lower the preset vacuum pressure for PVD, CVD, ALD, etc.
시퀀스 9: 용기 이송 장치를 회전시켜 용기를 예열 모듈의 하부로 이송하고,소스 셔터의 어퍼쳐를 예열 모듈에 일치시켜 예열 모듈과 용기가 직접 마주 대하도록 오픈한다.Sequence 9: Rotate the container transfer device to transfer the container to the bottom of the preheating module, and match the aperture of the source shutter to the preheating module to open the preheating module and the container directly.
시퀀스 10: 오실레이터를 작동시켜 용기의 상방으로 파우더를 반복적으로 부양-낙하를 유도하고, 이와 동시에 예열 모듈을 작동하여 부양된 파우더를 건조 시킨다.Sequence 10: By operating the oscillator, the powder is repeatedly induced to float and fall to the top of the container, and at the same time, the preheating module is operated to dry the floating powder.
시퀀스 11: 박막 코팅을 위한 사용될 소스 모듈에 소스 셔터의 어퍼쳐를 일치시켜, 해당 소스 모듈이 어퍼쳐를 통해 공정 챔버의 내부를 직접 바라볼 수 있도록 한다.Sequence 11: Match the aperture of the source shutter to the source module to be used for thin film coating so that the corresponding source module can directly view the inside of the process chamber through the aperture.
시퀀스 12: 용기 이송 장치를 움직여 반응 용기는 해당 소스 모듈의 직하부로 이송시킨다.Sequence 12: By moving the vessel transfer device, the reaction vessel is transferred directly below the corresponding source module.
시퀀스 13: 시퀀스 11, 12에서 해당 소스모듈을 통해 파우더 입자에 대한 코팅을 수행한다. 이때에 복수의 소스 모듈을 통해 스퍼터링/ALD, ALD/스퍼터링, 스퍼터링A/스퍼터링B/스퍼터링C 등 레시피에 따라 파우더에의 입자에 대한 멀티레이어 증착을 수행한다.Sequence 13: In
시퀀스 14: 코팅 공정 진행 중 또는 완료 후 코팅막 균일도 모니터링 모듈로 이동하여 현재 박막 균일도 분석하여, 추가 코팅이 필요하면 해당 소스에서 추가 코팅 공정 진행하고, 설정 값 이상의 균일한 코팅이 확인되며, 다음의 시퀀스15로 이행한다.Sequence 14: During or after the coating process is completed, move to the coating film uniformity monitoring module to analyze the current film uniformity, if additional coating is required, additional coating process is performed from the source, uniform coating over the set value is confirmed, and the following sequence transition to 15
시퀀스 15: 공정 챔버 내부를 N2로 대기압까지 충전한다.Sequence 15: Fill the inside of the process chamber with N2 to atmospheric pressure.
시퀀스 16: 용기 이송 장치의 스윙 암으로 반응 용기를 파우더 회수 위치로 이송한다.Sequence 16: Transfer the reaction vessel to the powder recovery position with the swing arm of the vessel transfer device.
시퀀스 17: 소스 셔터의 어퍼쳐를 파우더 회수 위치로 옮겨 파우더 회수 모듈을 공정 챔버에 대해 오픈한다.Sequence 17: Open the powder recovery module to the process chamber by moving the aperture of the source shutter to the powder recovery position.
시퀀스 18: 오실레이터를 작용하여 반응용기를 파우더 회수 모듈의 헤드로 근접시킨다.Sequence 18: Activate the oscillator to bring the reaction vessel close to the head of the powder recovery module.
시퀀스 19: 파우더 회수 모듈의 헤드를 다운시켜 상기 용기의 개구부에 기밀하게 밀착시킨다.Sequence 19: The head of the powder recovery module is lowered and tightly adhered to the opening of the container.
시퀀스 20: 파우더 회수기의 헤드가 마련된 노즐을 이용해 N2를 반응 용기로 분사하여 파우더를 부양시키고, 진공 흡입기를 이용해 코팅이 완료된 파우더를 회수한다.Sequence 20: N2 is sprayed into the reaction container using a nozzle equipped with a powder collector head to lift the powder, and the coated powder is recovered using a vacuum aspirator.
시퀀스 21: 파우더 회수 완료 후, 파우더 회수 헤드를 올려 반응용기로부터 분리함과 아울러 오실레이터의 작동 로드를 하강시켜 반응 용기를 정상 위치로 복귀시킨다.Sequence 21: After completion of powder recovery, the powder recovery head is lifted and separated from the reaction vessel, and the reaction vessel is returned to its normal position by lowering the operating rod of the oscillator.
시퀀스 24: 자동화를 통한 위의 시퀀스를 진행 반복한다.Sequence 24: Repeat the above sequence through automation.
본 개시의 코팅 방법 및 장치에 따르면, 수 십 나노미터에서 수 백 마이크로미터 크기의 입세 입자의 표면 개질을 위한 입자 표면에 대한 다양한 물질로 코팅이 가능하다.According to the coating method and apparatus of the present disclosure, it is possible to coat the surface of particles having a size of several tens of nanometers to several hundreds of micrometers with various materials for surface modification.
본 개시에 따른, 장치는 하나의 공정 챔버에서 코팅에 관련된 일련의 과정이연속적으로 이루어지며, 특히 PVD, CVD, ALD등의 여러 유형의 코팅 방법에 의해 미세 입자의 표면에 금속 및 금속산화막, 세라믹 절연막 등 파우더의 표면 개질에 필요한 해당 물질을 다양하게 코팅할 수 있다. According to the present disclosure, the apparatus continuously performs a series of processes related to coating in one process chamber, and in particular, metals, metal oxide films, and ceramics are formed on the surface of fine particles by various types of coating methods such as PVD, CVD, and ALD. It is possible to coat various materials required for surface modification of powder, such as an insulating film.
또한, 각 코팅 방식의 단일 공정뿐 만아니라 스퍼터링과 ALD의 복합공정이 한 챔버 내에서 가능하여 미세입자 파우더 코어에 금속, 비금속, 금속산화막, 실리콘산화막 등의 쉘을 복합층으로 구성하기에 매우 용이하다.In addition, not only a single process for each coating method, but also a complex process of sputtering and ALD is possible in one chamber, so it is very easy to configure a shell of metal, non-metal, metal oxide, silicon oxide, etc. as a composite layer on the fine particle powder core. Do.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.
Claims (12)
상기 반응 용기를 임의 속도로 소정 행정 거리를 상하 왕복시켜 상기 반응 용기에 저장된 파우더가 반응 용기의 상방으로 부양된 후, 자중에 의해 용기의 바닥으로 낙하하도록 하는 파우더 부양 단계; 그리고
상기 공정 챔버 내에 코팅 물질을 공급하여 부양된 파우더에 상기 코팅 물질을 접촉시켜 파우더에 대한 코팅을 진행하는 파우더 코팅 단계;를 포함하는 파우더 코팅 방법.A powder supply step of supplying a powder to be coated to a reaction container inside a process chamber in which powder coating is performed;
A powder lifting step of reciprocating the reaction container up and down at a predetermined stroke distance at an arbitrary speed so that the powder stored in the reaction container is lifted upward of the reaction container and then falls to the bottom of the container by its own weight; And
and a powder coating step of supplying the coating material into the process chamber and bringing the coating material into contact with the floating powder to perform coating on the powder.
상기 파우더 부양 단계에서, 상기 반응 용기를 하부에서 타격하여, 반응 용기 내의 파우더가 반응 용기의 타격 부분에 의해 2차 타격되어 상기 반응 용기의 상방으로 부양되도록 하는, 파우더 코팅 방법.According to claim 1,
In the powder lifting step, the reaction vessel is hit from the bottom so that the powder in the reaction vessel is secondarily hit by the hitting portion of the reaction vessel so that it is lifted upwards of the reaction vessel.
상기 파우더에 대한 코팅은 하나의 공정 챔버 내에서 스퍼터링 또는 ALD 공정이 복합적으로 수행되는, 파우더 코팅 방법.According to claim 1,
Coating of the powder is a powder coating method in which a sputtering or ALD process is performed in a complex manner in one process chamber.
상기 하나의 공정 챔버에 파우더 공급 모듈, 진공 흡입기에 의한 파우더 회수 모듈 및 이들 사이에 복수의 코팅 소스의 코팅 물질 공급장치를 설치하여, 하나의 공정 챔버 내에서 복합적 코팅을 수행하는, 파우더 코팅 방법.According to claim 1,
A powder coating method of performing complex coating in one process chamber by installing a powder supply module, a powder recovery module by a vacuum inhaler, and a coating material supply device of a plurality of coating sources therebetween in the one process chamber.
상기 공정 챔버 내의 하부 측에 위치하는 것으로 코팅 대상인 파우더가 수용되는 것으로 그 내부에서 파우더의 부양이 이루어 지는 파우더 반응 용기;
상기 파우더 반응 용기를 임의 진폭으로 상하 방향으로 왕복 이송 시켜 상기 반응 용기에 수용된 파우더를 반응 용기의 상방으로 부양시키는 반응 용기 오실레이터; 그리고
상기 공정 챔버의 상방에 위치하여 상기 반응 용기의 상방으로 부양된 파우더에 대한 코팅을 진행하는 코팅 물질 공급 장치;를 구비하는 파우더 코팅 장치.A housing forming one process chamber isolated from the outside;
a powder reaction container located on the lower side of the process chamber, in which the powder to be coated is accommodated, and in which the powder is lifted;
a reaction vessel oscillator for reciprocating the powder reaction vessel in an up-and-down direction at an arbitrary amplitude to lift the powder accommodated in the reaction vessel upward of the reaction vessel; And
A powder coating apparatus having a; coating material supply device located above the process chamber to perform coating on the powder floated upward of the reaction container.
상기 파우더 반응 용기를 충격하여 상기 반응 용기에 수용된 파우더를 반응 용기의 상방으로 부양을 가중하는 반응 용기 타격 장치;를 더 구비하는 파우더 코팅 장치.According to claim 5,
A powder coating apparatus further comprising: a reaction vessel striking device for impacting the powder reaction vessel to buoy the powder accommodated in the reaction vessel upward of the reaction vessel.
타격 장치는 상기 반응 용기를 직접 타격하는 회동형 해머를 구비하는, 파우더 코팅 장치.According to claim 6,
The powder coating device, wherein the striking device includes a rotary hammer that directly hits the reaction vessel.
상기 하우징에 의한 공정 챔버는 하나의 중심 영역을 에워싸는 상기 반응 용기의 이송 경로가 마련되며,
상기 이송 경로 상에는 상기 반응 용기 내의 파우더에 대한 임의의 공정이 진행되는 다수의 단위 공정 모듈이 배치되며,
상기 챔버의 하부에 상기 반응 용기를 상기 회전 이송 경로를 따라 이송시키는 용기 이송 장치가 마련되고, 그리고
상기 챔버의 상부의 천정에는 해당 공정에 대응하는 단위 공정 모듈이 설치되어 있는, 파우더 코팅 장치.According to any one of claims 5 to 7,
The process chamber by the housing is provided with a transfer path of the reaction vessel surrounding one central region,
A plurality of unit process modules in which an arbitrary process for the powder in the reaction vessel is performed is disposed on the transfer path,
A vessel transfer device for transferring the reaction vessel along the rotational transfer path is provided at the lower portion of the chamber, and
A powder coating apparatus in which a unit process module corresponding to the process is installed on the ceiling of the upper part of the chamber.
상기 용기 이송 장치는 상기 공정 챔버의 하부에 위치하는 스윙암을 포함하며, 상기 스윙암에는 상기 단위 공정 영역에 대응하게 상기 반응 용기 및 반응 용기 오실레이터가 설치되는, 파우더 코팅 장치.According to claim 8
The container transfer device includes a swing arm positioned below the process chamber, and the reaction vessel and the reaction vessel oscillator are installed on the swing arm to correspond to the unit process area.
상기 공정 챔버의 천정에 상기 단위 공정 모듈을 선택적으로 상기 공정 챔버 내로 노출시키는 어퍼쳐를 갖는 셔터 장치가 마련되어 있는, 파우더 코팅 장치.According to claim 8,
A shutter device having an aperture for selectively exposing the unit process module into the process chamber is provided on the ceiling of the process chamber, the powder coating apparatus.
단위 공정 모듈에는 상기 파우더를 건조하는 예열 장치 또는 예열 모듈(402)가 포함되는, 파우더 코팅 장치.According to claim 10,
The unit process module includes a preheating device or a preheating module 402 for drying the powder.
단위 공정 모듈에는 상기 파우더에 대한 코팅 상태를 검사하는 모니터링 모듈이 포함되어 있는, 파우더 코팅 장치.According to claim 10,
The unit process module includes a monitoring module for inspecting the coating state of the powder, powder coating apparatus.
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