KR101125573B1 - Apparatus for manufacturing fine clad by sabsurface activated bonding process - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 본 발명은 SAB 공법을 이용한 극박-금속 정밀층상복합소재 제조를 위한 장치로서 하우징, 적어도 하나의 펌프, 언와인더, 최대 5kW의 전압을 갖는 플라즈마 처리 유닛, 수냉식의 가이드롤러, 컨덕턴스(conductance), 최대 3000kg의 압하하중 제어 및 그 값을 읽을 수 있는 로드셀이 장착된 저압 압연 유닛과 크라운이 적용된 압연롤, 그리고 와인더를 포함한다. 접합될 정밀층상복합소재가 언와인더와 와인더에 의해 이송되는 과정 중에 플라즈마 처리에 의한 모재의 표면활성화 및 저압 압연이 수행됨으로써, 진공 상태에서 효율적으로 정밀층상복합소재가 제조될 수 있다.The present invention according to the embodiment of the present invention is an apparatus for manufacturing ultra-thin metal-precision layered composite material using the SAB method, the housing, at least one pump, unwinder, plasma processing unit having a voltage of up to 5kW, water-cooled guide It includes a roller, conductance, a low-pressure rolling unit with a load cell capable of controlling loads up to 3000 kg and its value, a rolling roll with crown, and a winder. By performing surface activation and low pressure rolling of the base material by plasma treatment during the process of transferring the precision layered composite material to be bonded by the unwinder and the winder, the precision layered composite material can be efficiently produced in a vacuum state.
표면 활성화 접합(SAB), 정밀층상복합소재(Fine Clad), 표면활성화, 저압압연, FIOG Surface Activated Bond (SAB), Fine Layered Composite (Fine Clad), Surface Activated, Low Rolled, FIOG
Description
본 발명은 표면 활성화 접합(SAB; surface activated bonding)법을 이용한 극박-금속 정밀층상복합소재의 제조 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 FIOG(Flexible Input Output Gate) 및 Li-Ion 2차전지, 연료전지 등에 적용이 가능한 극박-금속 정밀층상복합소재를 제조할 수 있게 하는 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for producing ultrathin metal precise layered composite material using surface activated bonding (SAB), and more particularly to a flexible input output gate (FIOG), a lithium ion secondary battery, and a fuel cell. The present invention relates to an apparatus for manufacturing an ultrathin metal precision layered composite material applicable to the present invention.
IT산업의 급속한 발달로 인해 정보통신분야에서 전기전자 정밀부품재료로 사용되는 하드웨어의 고성능화가 요구되고 있다. 이에 따라 저전력 소형화 기술, 유무선 통신기능의 강화 및 휴대폰과 같은 개인 휴대 단말기의 소형화, 지능화, 고기능화 또한 요구되고 있으며, 여기에 사용되는 전자핵심부품의 집적화, 경박 단소화가 급격히 진행되고 있다. Due to the rapid development of the IT industry, there is a demand for high performance of hardware that is used as an electronic and electronic precision parts material in the information and communication field. As a result, low power miniaturization technology, enhanced wired / wireless communication functions, and miniaturization, intelligence, and high functionalization of personal portable terminals such as mobile phones have also been required.
특히, 전자부품의 경박단소화에 가장 핵심부품이 되는 회로기판(PCB: Printed Circuit Board)이 경성회로기판에서 연성회로기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board)으로 대체됨에 따라 기존 회로기판의 핵심부품 및 주변부품에 까지 소재의 경박단소화 및 특성향상이 요구되고 있다. 이러한 핵심부품으로는 고분자재료, 세라믹재료 및 금속재료가 독자적 혹은 복합적으로 사용 되어 하나의 집적화된 부품으로 적용된다. 특히, 동 극박 및 동 극박을 이용한 복합소재인 동합금 극박-금속 정밀층상복합소재(정밀층상복합소재)의 경우 회로기판뿐만 아니라 주변 부품의 핵심 소재로 그 사용이 증가되고 있다. 특히 동극박을 이용한 극박-금속 정밀층상복합소재는 FPC 및 HDD용 FIOG(Flexible Input Output Gate)의 핵심 부품으로 적용될 뿐만 아니라 LI/LIP Battery IOG와 PTC등의 고정밀 전자부품의 핵심소재도 사용된다. In particular, as printed circuit boards (PCBs), which are the most important components for thin and thin electronic components, are replaced with flexible printed circuit boards (FPCBs) from rigid circuit boards, the core components of existing circuit boards and It is required to reduce the thickness of the material and improve its characteristics to peripheral parts. As such core parts, polymer materials, ceramic materials and metal materials are used independently or in combination to be applied as one integrated part. In particular, copper alloy ultrathin-metal fine layer composite material (precision layer composite material), which is a composite material using copper ultrathin and copper ultrathin, has been increasingly used as a core material for peripheral components as well as circuit boards. In particular, ultra-thin metal-precision layered composite materials using copper foil are not only applied as core components of FIOG (Flexible Input Output Gate) for FPC and HDD, but also core materials of high-precision electronic components such as LI / LIP Battery IOG and PTC.
동합금 극박-금속 정밀층상복합소재는 동극박에 Al, Ni, Ag, Au 등의 금속을 적층하여 제조되며, 일반적으로 EBP(Electrolytic Plated Bonding)에 의해 제조가 이루어지고 있다. EPB공정은 전처리를 행한 동극박에 Ni등과 같은 이종금속을 전해 혹은 무전해 도금법을 이용하여 제조하는 방법이다. Copper alloy ultrathin-metal precision layered composite materials are manufactured by laminating metals such as Al, Ni, Ag, Au on copper foil, and are generally manufactured by EBP (Electrolytic Plated Bonding). The EPB process is a method of manufacturing different types of metals, such as Ni, by electrolytic or electroless plating on pretreated copper foil.
그러나 이러한 방법에 의하면 재료의 물리적 성질이 변하게 되고, 접합할 수 있는 재료의 종류가 한정되며, 정밀층상복합소재 형태로 성형이 어려운 문제점이 있다. 또 다른 방법은 본 발명에서 사용되는 SAB법은 최근 일본 등에서 정밀층상복합소재 제조에 있어서 선진기술로 부상하고 있는 접합 방식으로 다른 종류의 동극박판을 플라즈마 활성화 표면처리를 거친 후 저압압연으로 동합금 극박-금속 정밀층상복합소재를 만드는 공정이다. 이 SAB법은 기존 접합 방식들에 비해 재료의 물리적 성질이 변하지 않으며(실온에서 진행되는 저압 압연이 저압 스트레스를 가능하게 함), 접합할 수 있는 종류가 다양하고 클래드형태로 성형이 가능하다는 장 점을 갖는다. 또한, 이 공정은 재료의 두께 및 재료에 상관없고, 공정전 이온 에칭을 거치기 때문에 전기적 신호를 송수신하기에 유리한 평활한 접합표면을 갖으며, 접합계면에서의 합금층의 변형도 없다. 다만 접합계면에서의 산화물에 의한 접착불량을 억제하기 위하여 전처리를 통한 표면상태의 활성화 조건 및 접착성 향상을 위한 압연 조건에 대한 최적의 조건이 요구되고 있다. However, according to this method, the physical properties of the material are changed, the types of materials that can be bonded are limited, and molding in the form of a precision layered composite material is difficult. Another method is the SAB method used in the present invention is a joining method, which has recently emerged as an advanced technology in the manufacture of precision layered composite materials in Japan and the like. It is a process to make a metal precision layered composite material. The SAB method does not change the physical properties of the material compared to conventional joining methods (low pressure rolling at room temperature enables low pressure stress), and there are various types of joining and molding in a clad form. Has In addition, this process has a smooth bonding surface, which is advantageous for transmitting and receiving electrical signals since it undergoes ion etching before processing, regardless of the thickness and material of the material, and there is no deformation of the alloy layer at the bonding interface. However, in order to suppress adhesion failure due to oxide at the bonding interface, optimum conditions for activation conditions of the surface state through pretreatment and rolling conditions for improving adhesion are required.
따라서 본 발명은 정밀층상복합소재 제조에 있어서 상기와 같은 공정 간의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 SAB법을 활용하여 보다 효율적인 극박-금속 정밀층상복합소재의 제조할 수 있는 장치를 제공하는 데 있다. Accordingly, the present invention is to solve the problems between the above processes in the manufacturing of the precision layered composite material, the object of the present invention is to provide a device that can produce a more efficient ultra-metal precision layered composite material using the SAB method. There is.
본 발명의 실시예에 따른 SAB 공법을 이용한 극박-금속 정밀층상복합소재 제조를 위한 장치는, 제1 금속박과 제2 금속박을 장입하기 위한 제1 챔버, 상기 제1 챔버 내에 구비되어 상기 제1 금속박 및 제2 금속박의 표면에 각각 플라즈마를 조사하는 이온건, 플라즈마 처리된 상기 제1 금속박 및 제2 금속박이 장입되는 제2 챔버, 및 상기 제2 챔버 내에 구비되어 플라즈마 처리된 상기 제1 금속박과 상기 제2 금속박의 표면을 서로 접합하여 저압 압연하는 롤링유닛을 포함한다.The apparatus for manufacturing ultra-thin metal precise layered composite material using the SAB method according to the embodiment of the present invention, the first chamber for charging the first metal foil and the second metal foil, the first chamber is provided in the first chamber And an ion gun for irradiating a plasma to the surface of the second metal foil, a second chamber into which the plasma-treated first metal foil and the second metal foil are charged, and the first metal foil and plasma-treated in the second chamber. It comprises a rolling unit for joining the surfaces of the second metal foil to each other low-rolling.
본 발명의 다른 실시예에 따른 정밀층상복합소재 제조장치는 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 간의 진공도 차이를 유지하도록 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이에 설치되는 컨덕턴스(conductance)를 더 포함할 수 있다.Precision layered composite material manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention further comprises a conductance (conductance) is installed between the first chamber and the second chamber to maintain the difference in the degree of vacuum between the first chamber and the second chamber. can do.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정밀층상복합소재 제조장치는 플라즈마 처리된 상기 제1 금속박 및 상기 제2 금속박을 상기 제2 챔버로 이송하기 위한 가이드 롤러를 더 포함할 수 있다.On the other hand, the precision layered composite material manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention may further include a guide roller for transferring the plasma treated first metal foil and the second metal foil to the second chamber.
상기 가이드 롤러는 상기 제1 금속박 및 제2 금속박을 냉각하기 위한 냉각유로를 포함할 수 있다.The guide roller may include a cooling passage for cooling the first metal foil and the second metal foil.
상기 이온건은 상기 제1 금속박과 상기 제2 금속박을 각각 300w 내지 3Kw의 플라즈마 파워로 처리할 수 있다.The ion gun may process the first metal foil and the second metal foil with a plasma power of 300w to 3Kw, respectively.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정밀층상복합소재 제조장치는, 상기 제1 금속박과 상기 제2 금속박이 장착되도록 상기 제1 챔버 내에 구비되는 언와인더(un-winder); 및 제조된 정밀층상복합소재를 감도록 상기 제2 챔버 내에 구비되는 와인더(winder)를 더 포함할 수 있다.On the other hand, the precision layered composite material manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention, the unwinder (un-winder) provided in the first chamber so that the first metal foil and the second metal foil is mounted; And a winder provided in the second chamber to wind the manufactured precision layered composite material.
상기 언와인더에서 이송되는 상기 제1 금속박과 상기 제2 금속박의 응력을 제어하도록 상기 제1 챔버 내에 구비되는 응력 제어장치를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a stress control device provided in the first chamber to control stresses of the first metal foil and the second metal foil transferred from the unwinder.
상기 응력 제어장치는, 상기 제1 금속박과 상기 제2 금속박에 인가되는 하중을 측정하기 위한 센서 및 상기 센서에서 측정된 하중에 근거하여 응력을 조절하도록 설치되는 브레이크 장치를 포함할 수 있다.The stress control device may include a sensor for measuring a load applied to the first metal foil and the second metal foil, and a brake device installed to adjust the stress based on the load measured by the sensor.
본 발명의 다른 실시예에 따른 정밀층상복합소재 제조장치는 상기 언와인더에서 이송되는 상기 제1 금속박과 상기 제2 금속박의 단부의 위치를 조정하도록 상기 제1 챔버 내에 구비되는 위치제어 장치를 더 포함할 수 있다.Precision layered composite material manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention further comprises a position control device provided in the first chamber to adjust the position of the ends of the first metal foil and the second metal foil conveyed from the unwinder. It may include.
상기 위치제어 장치는, 상기 제1 금속박과 상기 제2 금속박의 단부 위치를 검출하는 센서 및 상기 센서에서 검출된 위치에 근거하여 상기 제1 금속박과 상기 제2 금속박의 단부 위치를 조절하는 액츄에이터를 포함할 수 있다.The position control device includes a sensor for detecting end positions of the first metal foil and the second metal foil, and an actuator for adjusting end positions of the first metal foil and the second metal foil based on the position detected by the sensor. can do.
상기 와인더는 10m/min 이하의 구동속도로 상기 언와인더로부터 플라즈마 처리와 저압압연 처리 동안에 상기 제1 금속박과 상기 제2 금속박을 이송할 수 있다.The winder may transfer the first metal foil and the second metal foil from the unwinder during a plasma treatment and a low rolling process at a driving speed of 10 m / min or less.
상기 제1 챔버는 10-5 내지 10-6 Torr의 진공도를 가지며, 상기 제2 챔버는 10-6 내지 10-7 Torr의 진공도를 가질 수 있다.The first chamber may have a vacuum degree of 10 −5 to 10 −6 Torr, and the second chamber may have a vacuum degree of 10 −6 to 10 −7 Torr.
상기 롤링유닛은 1 내지 3 %의 압하율을 가하여 압연할 수 있다.The rolling unit may be rolled by applying a reduction ratio of 1 to 3%.
상기 롤링유닛은 3000kg 이하의 압하하중으로 압연할 수 있다.The rolling unit may be rolled under a rolling load of 3000kg or less.
상기 제1 금속박은 Cu 및 Cu 합금계로 이루어지고, 상기 제2 금속박은 Ni계, Al계, Ag계 또는 Au계 합금으로 이루어질 수 있다.The first metal foil may be made of Cu and Cu alloys, and the second metal foil may be made of Ni, Al, Ag, or Au alloys.
상기 이온건은 200 내지 300sccm의 고순도 Ar 가스를 주입하여 플라즈마를 발생시켜 제1 금속박과 제2 금속박을 표면처리할 수 있다.The ion gun may inject 200-300 sccm of high purity Ar gas to generate plasma to surface treat the first metal foil and the second metal foil.
상기 롤링유닛은 0.05mm 이하의 크라운을 가지는 롤을 이용하여 저압압연할 수 있다.The rolling unit may be low rolled using a roll having a crown of 0.05 mm or less.
상기 롤링유닛은 압하하중 값을 읽을 수 있는 로드셀 및 상기 로드셀에서 읽은 값을 표시할 수 있는 인디케이터를 포함할 수 있다.The rolling unit may include a load cell capable of reading a pressure load value and an indicator capable of displaying a value read from the load cell.
본 발명의 실시예에 따른 SAB 공법을 이용한 극박-금속 정밀층상복합소재 제조를 위한 장치로서 하우징, 적어도 하나의 펌프, 언와인더, 최대 5kW의 전압을 갖는 플라즈마 처리 유닛, 수냉식의 가이드롤러, 컨덕턴스(conductance), 최대 3000kg의 압하하중 제어 및 그 값을 읽을 수 있는 로드셀이 장착된 저압 압연 유닛과 크라운이 적용된 압연롤, 그리고 와인더를 포함한다. An apparatus for manufacturing ultra-thin metal precision layered composite material using SAB method according to an embodiment of the present invention, a housing, at least one pump, an unwinder, a plasma processing unit having a voltage of up to 5 kW, a water-cooled guide roller, conductance (conductance), a low-pressure rolling unit with a load cell capable of controlling loads up to 3000 kg and its value, a rolling roll with crown, and a winder.
본 발명에 의한 SAB법에 의한 극박-금속 정밀층상복합소재의 제조 장치는 상기 주요 구성장치 이외에도 상기 저압압연 유닛의 구성 장치 중 저압압연 롤의 경 우 롤러의 굽힘변형을 고려하여 정밀층상복합소재의 제조 시 에지 부분과 센터 부분의 접합강도를 균일하게 유지하기 위한 롤 크라운을 적용할 수 있다. 상기 롤 크라운은 0.05mm(MAX)를 적용할 수 있다.According to the present invention, the apparatus for producing ultrathin metal fine layered composite material according to the SAB method may be applied to the low layer of the low rolling unit in consideration of the bending deformation of the roller. In manufacturing, a roll crown may be applied to maintain uniform bonding strength between the edge portion and the center portion. The roll crown may apply 0.05 mm (MAX).
본 발명에 의한 SAB법에 의한 극박-금속 정밀층상복합소재의 제조 장치는 언와인더에서 이송되는 제1 금속박과 제2 금속박의 응력을 제어하도록 제1 챔버 내에 구비되는 응력 제어장치(ATC : Auto Tension Controller)를 더 포함할 수 있다.The apparatus for producing ultra-metal-precision layered composite material according to the SAB method according to the present invention is a stress control device (ATC: Auto provided in the first chamber to control the stress of the first metal foil and the second metal foil conveyed from the unwinder) And a tension controller).
응력 제어장치(ATC)는 제1 금속박과 제2 금속박에 인가되는 하중을 측정하기 위한 센서 및 센서에서 측정된 하중에 근거하여 응력을 조절하도록 설치되는 브레이크, 그리고 상기 응력 센서에 의해 검출된 모재의 응력 값과 설정된 응력 갑에 기초하여 상기 브레이크의 작동을 제어하는 컨트롤러 장치를 포함할 수 있다.The stress control device (ATC) is a sensor for measuring the load applied to the first metal foil and the second metal foil, a brake installed to adjust the stress based on the load measured by the sensor, and the base material detected by the stress sensor. And a controller device for controlling the operation of the brake based on the stress value and the set stress pack.
SAB법에 의한 극박-금속 정밀층상복합소재의 제조 장치는 언와인더에서 이송되는 제1 금속박과 제2 금속박의 단부의 횡 위치를 조정하도록 제1 챔버 내에 구비되는 위치제어 장치(EPC : Edge Position Controller)를 더 포함할 수 있다.An apparatus for manufacturing ultrathin metal precision layered composite material by the SAB method is a position control device (EPC: Edge Position) provided in the first chamber to adjust the lateral position of the ends of the first metal foil and the second metal foil conveyed from the unwinder. Controller may be further included.
위치제어 장치(EPC)는 제1 금속박과 제2 금속박의 단부 위치를 검출하는 센서 및 센서에서 검출된 위치에 근거하여 제1 금속박과 제2 금속박의 단부 위치를 조절하는 액츄에이터, 그리고 상기 에지 위치 센서에 의해 검출되는 상기 모재의 에지 위치 값가 설정된 에지 위치 값에 기초하여 상기 액추에이터를 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다. The position control device EPC includes a sensor for detecting end positions of the first metal foil and the second metal foil, an actuator for adjusting end positions of the first metal foil and the second metal foil based on the position detected by the sensor, and the edge position sensor. The controller may include a controller that controls the actuator based on an edge position value of the base material detected by the base material.
상기 플라즈마 처리 유닛은 제 1챔버로 플라즈마 발생가스를 공급하며 센서를 통해 자동으로 그 주입량을 조절하는 가스 공급기를 장착할 수 있으며, 그리고 상기 가스 공급기에 의해 공급된 플라즈마 발생 가스를 이용하여 플라즈마를 생성하는 이온 건(Ion Gun)을 포함할 수 있다. 상기 이온 건은 플라즈마 발생 가사의 이온이 방출되는 이온 방출부를 포함할 수 있으며, 상기 이온방출부는 높이 보다 폭이 더 긴 형상을 가질 수 있다. 또한 상기 이온 방출부는 400mm이상의 유효 처리 폭을 가질 수 있다.The plasma processing unit may be equipped with a gas supply supplying a plasma generating gas to the first chamber and automatically adjusting the injection amount through a sensor, and generating a plasma by using the plasma generating gas supplied by the gas supply. It may include an ion gun (Ion Gun). The ion gun may include an ion emitting part for emitting ions of the plasma generating pot, and the ion emitting part may have a shape longer than the height. In addition, the ion emitting unit may have an effective treatment width of 400 mm or more.
제1 챔버는 10-5 내지 10-7 Torr의 진공도를 가지며, 제2 챔버는 10-6 내지 10-8 Torr의 진공도를 가질 수 있다. The first chamber may have a vacuum degree of 10 −5 to 10 −7 Torr and the second chamber may have a vacuum degree of 10 −6 to 10 −8 Torr.
롤링유닛은 1 내지 3 %의 압하율을 가하여 압연할 수 있다. 롤링유닛은 3000 kg 이하의 압하하중으로 정밀층상복합소재를 저압압연할 수 있다.The rolling unit may be rolled by applying a reduction ratio of 1 to 3%. The rolling unit is capable of low rolling precision layered composite materials with a rolling load of 3000 kg or less.
제1 금속박은 Cu 및 Cu계 합금으로 이루어지고, 제2 금속박은 Ni계, Al계, Ag계, Au계 합금으로 이루어질 수 있다. The first metal foil may be made of Cu and Cu-based alloys, and the second metal foil may be made of Ni-based, Al-based, Ag-based, or Au-based alloys.
접합될 정밀층상복합소재가 언와인더와 와인더에 의해 이송되는 과정 중에 플라즈마 처리에 의한 모재의 표면활성화 및 저압 압연이 수행됨으로써, 진공 상태에서 효율적으로 정밀층상복합소재가 제조될 수 있다.By performing surface activation and low pressure rolling of the base material by plasma treatment during the process of transferring the precision layered composite material to be bonded by the unwinder and the winder, the precision layered composite material can be efficiently produced in a vacuum state.
나아가, 모재의 초기 세팅 시 또는 공중 간 에지 위치가 조절됨으로써, 모재가 보다 균일하게 풀리고 감길 수 있으며, 이에 따라 모재의 접합 품질 역시 향상될 수 있다.In addition, by adjusting the initial position of the base material or the edge position between the air, the base material can be unwound and wound more uniformly, and thus the joining quality of the base material can be improved.
또한, 모재의 초기 세팅 시 또는 공정 간 응력이 조절됨으로써, 모재의 손상 이 방지될 수 있으며, 또한 응력 제어를 통한 정밀층상복합소재의 접합강도 향상도 도모할 수 있다.In addition, by adjusting the initial stress of the base material or inter-process, damage to the base material can be prevented, and the bonding strength of the precision layered composite material can be improved through stress control.
또한, 수냉식 가이드 롤러에 의한 열적 영향을 최소화하여 공정 간 접합될 모재의 물성 변화를 제어할 수 있으며,In addition, it is possible to control the change in the physical properties of the base material to be bonded between processes by minimizing the thermal effect of the water-cooled guide roller,
또한, 상기 저압압연 유닛의 로드셀과 인디케이터를 통해 압하하중을 제어함으로써 접합될 모재의 특성에 맞는 압하하중을 인가할 수 있으며, 상기 저압압연 유닛의 구성 장치 중 크라운이 적용된 롤에 의해 에지 부분과 센터부분의 균일한 접합강도를 구현할 수 있다.In addition, by controlling the load load through the load cell and the indicator of the low rolling unit, it is possible to apply a pressing load suitable for the characteristics of the base material to be joined, the edge portion and the center by the roll applied the crown of the constituting device of the low rolling unit Uniform bonding strength of the part can be realized.
더 나아가 본 발명에 따른 SAB법을 이용한 정밀층상복합소재의 제조방법에 따르면 전기적 신호를 송수신하기 유리한 평활하고 균일한 접합계면을 가질 수 있으며, 재료의 물리적 성질이 변하지 않으면서 요구특성에 따라 다양한 종류의 재료를 접합할 수 있는 효과를 갖는다. Furthermore, according to the manufacturing method of the precision layered composite material using the SAB method according to the present invention can have a smooth and uniform bonding interface, which is advantageous for transmitting and receiving electrical signals, and various kinds according to the required characteristics without changing the physical properties of the material It has the effect of joining the materials.
즉, 본 발명에 따르면 SAB법을 이용하여 최적의 공정 분위기에서 우수한 접합강도와 양호한 기계적 특성을 갖는 극박-금속 정밀층상복합소재를 제조할 수 있다. That is, according to the present invention, it is possible to manufacture an ultrathin metal fine layered composite material having excellent bonding strength and good mechanical properties in an optimum process atmosphere using the SAB method.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 장치의 주요 구성과 그 기능은 다음과 같다. 동 및 동합금을 이용한 극박-금속 정밀층상복합소재 제조장치는 밀폐된 두 개의 챔 버(Chamber)를 형성하는 하우징(Housing)을 포함한다. 하우징은 내부에 격벽이 형성됨으로써 서로 접합되는 두 모재에 대한 플라즈마 처리가 수행되는 공간인 제 1 챔버와 플라즈마 표면활성화 처리된 두 모재가 저압압연되는 제 2 챔버를 형성하게 되며, 제 1 및 제 2 챔버를 서로 연결하는 연결 통로를 형성한다. 상기에서의 연결통로는 양 챔버를 연결하는 가늘고 긴 연결 통로일 수 있으며, 서로 접합될 두 모재는 이 연결통로를 통하여 제 1챔버에서 제 2챔버로 이송된다.The main configuration and function of the apparatus according to the embodiment of the present invention are as follows. The ultrathin metal precision layered composite material manufacturing apparatus using copper and copper alloy includes a housing forming two sealed chambers. The housing is formed with a partition wall therein to form a first chamber, which is a space in which plasma processing is performed on two base materials bonded to each other, and a second chamber in which the two base materials subjected to plasma surface activation are low-rolled. A connecting passage is formed to connect the chambers to each other. The connecting passage in the above may be an elongated connecting passage connecting both chambers, and the two base materials to be joined to each other are transferred from the first chamber to the second chamber through the connecting passage.
또한 하우징은 작업자 및 접합될 모재의 출입을 위한 도어(Door) 및 외부에서 작업상태를 관찰하기 위한 창을 구비할 수 있다. 하우징의 재질과 형상은 다양하게 변경 가능하다.In addition, the housing may be provided with a door for access of the worker and the base material to be joined and a window for observing the working state from the outside. The material and shape of the housing can be variously changed.
적어도 하나의 펌프는 제1 챔버가 제 1 설정 진공도가 되도록 하고 제 2 챔버가 제2 설정 진공도가 되도록 작동한다. 양 챔버의 진공도는 각 공정에 적절하도록 서로 상이한 진공도로 설정될 수 있으므로, 상기에서 기술한 연결통로는 진공도가 서로 상이한 양 챔버가 각각 설정된 진공도를 가능한 유지할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 이를 위해 연결 통로는 작은 진공 컨덕턴스를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.At least one pump is operated such that the first chamber is at a first set vacuum degree and the second chamber is at a second set vacuum degree. Since the vacuum degrees of both chambers can be set to different vacuum degrees so as to be suitable for each process, it is preferable that the connecting passage described above is formed so that both chambers having different vacuum degrees can each maintain the set vacuum degree as much as possible. For this purpose, the connection passage is preferably formed to have a small vacuum conductance.
적어도 하나의 펌프는 초기 진공과 고진공에서 보조 펌프로 활용 가능한 로터리 펌프와 고진공을 위한 터보분자펌프 및 크라이오 펌프를 구비할 수 있다.The at least one pump may include a rotary pump that can be used as an auxiliary pump in the initial vacuum and the high vacuum, and a turbomolecular pump and a cryo pump for the high vacuum.
예를 들어, 터보분자 펌프는 플라즈마 처리 챔버에 진공도를 형성할 수 있도록 제 1챔버에 연결 설치할 수 있으며, 크라이오 펌프는 저압압연 처리 챔버의 진공도를 형성할 수 있도록 제 2챔버에 연결 설치할 수 있다. 또한 고진공을 형성하 기 위한 펌프는 상기 두 펌프에 한정되지 아니함은 물론이다.For example, the turbomolecular pump may be connected to the first chamber to form a vacuum degree in the plasma processing chamber, and the cryo pump may be connected to the second chamber to form a vacuum degree of the low rolling process chamber. . In addition, the pump for forming a high vacuum is of course not limited to the two pumps.
언와인더는 제 1챔버에 배치되며, 접합될 두 모재를 고정하며 두 모재를 순차적으로 풀어낼 수 있도록 형성된다. The unwinder is disposed in the first chamber, and is formed to fix the two base materials to be joined and to release the two base materials sequentially.
플라즈마 처리 유닛은 제 1 챔버에 배치되며 언와인더로부터 풀려 나온 두 모재의 서로 마주하는 면이 활성화되도록 두 모재의 서로 마주하는 면에 대해 플라즈마 처리를 수행하며, 최대 인가전압은 5kW까지 설정할 수 있다.The plasma processing unit is disposed in the first chamber and performs plasma processing on the surfaces of the two substrates facing each other so that the surfaces of the two substrates released from the unwinder are activated, and the maximum applied voltage can be set up to 5 kW. .
가스공급기는 하우징에 설치되며, 플라즈마 처리 챔버로 플라즈마 발생 가스를 공급한다. 또한 플라즈마 발생 가스 공급원과 가스 공급을 차단할 수 있는 밸브를 포함할 수 있다.The gas supplier is installed in the housing and supplies the plasma generating gas to the plasma processing chamber. It may also include a plasma generation gas source and a valve that can block the gas supply.
이온건은 접합될 두 모재의 서로 마주하는 면에 대해 각각 플라즈마에 의한 표면활성화 처리를 수행하도록 한 쌍으로 구비된다. 이온건은 가스공급기에 의해 공급된 플라즈마 발생 가스를 이용하여 플라즈마를 생성한다.Ion guns are provided in pairs so as to perform surface activation treatment by plasma on the surfaces of the two base materials to be bonded to each other. The ion gun generates plasma using the plasma generating gas supplied by the gas supplier.
수냉식 가이드 롤러 역시 제 1챔버에 배치될 수 있으며, 플라즈마 처리된 모재의 열적 영향이 최소화되도록 하여 플라즈마에 의해 표면활성화 처리된 모재를 공정 간 물성 변화가 최소화 되도록 제어하는 기능을 포함할 수 있다.The water-cooled guide roller may also be disposed in the first chamber, and may include a function of minimizing the thermal effect of the plasma-treated base material to control the surface-activated base material by plasma to minimize the change of physical properties between processes.
컨덕턴스는 제 1챔버와 제 2챔버 간의 진공도 구배를 유지시켜 실질적으로 양 챔버의 진공도가 서로 다른 상태로 유지될 수 있도록 하며, 양 챔버의 진공도가 서로 다른 상태로 실질적으로 유지될 수 있는 범위 내에서 플라즈마 처리 후 최단 시간 내에 저압압연이 될 수 있도록 최소한의 적정한 통로와 간격을 유지할 수 있다.The conductance maintains a vacuum gradient between the first chamber and the second chamber so that the vacuum levels of both chambers can be maintained in substantially different states, and the vacuum levels of both chambers can be maintained substantially in different states. The minimum appropriate passage and spacing can be maintained so that the low rolling can be achieved in the shortest time after the plasma treatment.
저압압연 유닛은 제 2 챔버에 배치되어 플라즈마 처리 유닛에 의해 활성화된 두 모재의 서로 마주하는 면이 접합되도록 플라즈마 처리 유닛에 의해 플라즈마 처리된 후 수냉식 가이드 롤러를 지나 연결 통로를 통해 유입되는 두 모재를 저압 압연한다. 상기 저압압연 유닛은 기계수동식 스크류 방식으로 공정 간 극박 구성 소재에 대한 압하율을 1~3% 이내로 저압압연할 수 있도록 최대 하중을 3000kg까지 제어할 수 있으며, 압하하중을 측정할 수 있는 로드셀을 장착할 수 있다. 또한 장착된 로드셀의 값을 표시할 수 있는 로드셀 인디케이터 장치를 포함할 수 있다.The low rolling unit is disposed in the second chamber and plasma-treated by the plasma processing unit so that the opposite surfaces of the two base materials activated by the plasma processing unit are joined to each other and then flows through the connection passage through the water-cooled guide roller. Low pressure rolling. The low rolling unit can control the maximum load up to 3000kg so that the low rolling rate of the ultra-thin material between processes by the mechanical manual screw method within 1 to 3%, and is equipped with a load cell that can measure the rolling load can do. It may also include a load cell indicator device that can display the value of the load cell mounted.
그리고, 저압압연 유닛은 상기 항의 컨덕턴스 바로 뒤에 위치하여 플라즈마 처리된 극박 구성소재를 최단 시간 내에 저압압연하여 접합강도의 효율을 극대화할 수 있는 위치에 장착되는 것이 바람직하다.In addition, the low rolling unit is preferably located in the position that can be maximized the efficiency of the bonding strength by low rolling the plasma-treated ultra-thin material in the shortest time located immediately after the conductance of the term.
와인더는 그 구동에 의해 모재가 제 1챔버에서 플라즈마에 의해 표면활성화 처리를 될 수 있도록 0.5m/min에서 10m/min까지의 처리속도를 가질 수 있으며, 그 후 상기 언와인더의 구동에 의해 제 1챔버에서 제 2챔버로 표면 처리된 모재를 이송하여 제 2챔버에서 저압 압연 유닛에 의해 접합된 두 모재를 감는다.The winder may have a processing speed from 0.5 m / min to 10 m / min so that the base material can be surface activated by plasma in the first chamber by the driving thereof, and then by the driving of the unwinder. The base material surface-treated from the first chamber to the second chamber is transferred to wind the two base materials joined by the low pressure rolling unit in the second chamber.
한편, 도면에서는 도시되지 아니하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 정밀층상복합소재 제조 시스템은 전체 공정을 일괄 제어하기 위한 풀 오토 터치 패널(Full Auto Touch Panel)을 구비할 수 있다. 풀 오토 터치 패널 상에서 공정에서 발생디는 여러 조건을 입력하거나 설정할 수 있도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 가스 투입량, 플라즈마 파워, 공정 속도, 텐션, 펌프 및 밸브 작동 등을 모두 제어할 수 있도록 제작될 수 있으며, 이로 인해 작업 공정 제어가 보다 간단해 질 수 있다. On the other hand, although not shown in the drawings, the precision layered composite material manufacturing system according to an embodiment of the present invention may be provided with a full auto touch panel (Full Auto Touch Panel) for collective control of the entire process. It can be formed to input or set various conditions generated in the process on the full auto touch panel. For example, it can be designed to control gas input, plasma power, process speed, tension, pump and valve operation, etc., thereby simplifying process control.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정밀층상복합소재의 제조장치를 나타낸 개략도이다. 이하에서 설명하는 장치는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소를 변형하거나 추가 또는 생략하여 사용할 수 있다. 1 is a schematic view showing an apparatus for producing a precision layered composite material according to an embodiment of the present invention. The apparatus described below is for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto, and some components may be modified, added, or omitted as necessary.
이하에서 설명하는 정밀층상복합소재의 제조장치는 표면활성화 처리 후 저압압연을 통한 접합을 유도하도록 구성된다. The apparatus for producing a precision layered composite material described below is configured to induce bonding through low rolling after surface activation treatment.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 정밀층상복합소재 제조장치는 제1 챔버(chamber, 100) 및 제2 챔버(200)를 포함하고, 제1 챔버(100) 내부에는 언와인더(un-winder, 10), 에지 위치 제어기(Edge Position Controller, EPC, 12), 자동 응력 제어기(Auto Tension Controller, ATC, 14), 이온건(ion-gun, (16), 및 가이드 롤러(guide roller, 18)가 구비된다. 또한, 제2 챔버(200)의 내부에는 컨덕턴스(20)(conductance), 롤링유닛(22)(rolling unit), 및 와인더(winder, 24)가 구비된다.As shown in Figure 1, the precision layered composite material manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a first chamber (chamber, 100) and the
또한, 도면에는 도시되지 아니하였으나, 자동 응력 제어기(Auto Tension Controller, ATC), 에지 위치 제어기(Edge Position Controller, EPC)의 작동 상태를 보여주고 이를 제어하기 위한 명령을 입력할 수 있는 제어인터페이스(Control interface)가 구비될 수 있다. In addition, although not shown in the drawing, a control interface for displaying an operation state of an automatic tension controller (ATC) and an edge position controller (EPC) and inputting a command for controlling the control interface (Control) interface) may be provided.
제1 챔버(100)는 플라즈마 처리를 위한 것으로 10-5 ~ 10-6 Torr의 고진공 상태로 유지될 수 있다. The
본 발명의 실시예에 따른 정밀층상복합소재의 제조 장치에서는 정밀층상복합소재의 효율적인 제작을 위해 롤투롤(Roll To Roll) 방식을 사용한다. 따라서 정밀층상복합소재의 제조장치는 제1 챔버(100) 및 제2 챔버(200)에 각각 원소재가 장착 될 수 있는 언와인더(10)와 제조된 정밀층상복합소재가 장착되는 와인더(24)를 구비한다. In the apparatus for manufacturing a precision layered composite material according to an embodiment of the present invention, a roll-to-roll method is used to efficiently manufacture the precision layered composite material. Therefore, the apparatus for manufacturing a precision layered composite material includes an
언와인더(10)에는 정밀층상복합소재의 재료가 되는 제1 금속박 및 제2 금속박이 장착된다. 언와인더(10)에는 브레이크 시스템이 설치되어 응력을 조절 할 수 있도록 할 수 있다. 이때, ATC(14)와 EPC(12)를 설치하여 롤투롤 공정에서 안정적인 소재의 흐름을 유도할 수 있다. The
EPC(12)는 에지(edge)를 균일하게 맞출 수 있도록 제1 챔버(100) 내부에 설치된다. EPC(12)는 센서(sensor)와 엑츄에이터(actuator)를 포함한다. 센서에서는 언와인더(10)로부터 이송된 원소재의 에지 위치 정보를 검출하고, 액츄에이터는 이를 이용하여 소재의 위치를 조절한다. The
ATC(14)는 소재의 주름을 방지하고 저압압연의 효과를 향상시키기 위해 설치된다. ATC(14)는 센서와 브레이크 장치를 구비한다. 센서는 원소재의 하중을 체크하고, 브레이크 장치는 응력을 유지하도록 작동한다.
이온건(16)은 가스를 이온화 시켜 플라즈마를 발생시킨다. 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 금속박을 각각 표면 활성화 처리하기 위해 2개의 이온건(16)이 구비된다. 이때, 플라즈마 발생 가스로는 고순도의 Ar(99.999%) 또는 O2, N2 및 혼 합가스를 사용 할 수 있다. 이온건(16)은 실제적인 표면 활성화 처리가 수행되는 곳으로 주기적인 클리닝(cleaning)을 통해 이물질을 제거하여 주는 것이 바람직하다. 그렇지 않을 경우 파티클(particle)에 의해 플러스(+)극과 마이너스(-)극의 쇼트가 발생할 수 있다. 초기 발생되는 플라즈마는 균일하지 못하고 아크(arc)가 발생되므로 실제 표면활성화 공정에서는 플라즈마가 안정화 된 후 공정을 진행 하여야 균일하고 충분한 표면 활성화 처리가 이루어질 수 있다. The
이때, 이온건(16)은 200 내지 300sccm의 고순도 아르곤(Ar) 가스를 주입하여 플라즈마를 발생시킴으로써 제1 금속박과 제2 금속박을 표면처리할 수 있다.In this case, the
이온건의 이온 방출 기능 및 이를 실현하기 위한 구체적인 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 것이므로 이에 대한 더욱 상세한 설명은 생략한다.Since the ion release function of the ion gun and the specific configuration for realizing the same are already known to those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted.
수냉식 가이드 롤러(18)는 표면 활성화 처리된 금속박을 제2 챔버(200)로 이송하기 위한 롤러이다. 이때, 가이드 롤러(18)는 플라즈마 처리시 극박 소재의 온도 상승으로 인한 물성변화를 방지하기 위해 수냉식 롤러로 구성될 수 있다. 도 2는 수냉식 가이드 롤러(18)의 개략도이다.The water-cooled
제2 챔버(200)는 저압압연을 위한 것으로 10-7torr 및 그 이상의 고진공으로 유지될 수 있다. The
컨덕턴스(20)는 제1 챔버(100) 및 제2 챔버(200) 간 진공도 구배를 위해 설치된다. 이때, 표면 활성화 처리되어 이송되는 금속박이 최대한 빠른 시간 안에 저압압연이 이루어질 수 있도록 하기 위해 컨덕턴스(20)의 길이를 줄이는 것이 바람직하다. 또한, 컨덕턴스(20)의 길이 조정으로 인한 진공도 구배 저하를 막기 위해 통로 간격을 축소하는 것이 바람직하다. The
롤링유닛(22)은 컨덕턴스(20)로부터 이송된 제1 및 제2 금속박을 압연한다. 이때, 최적의 저압압연을 위해 스크류(screw) 방식의 압하 시스템을 사용할 수 있다. 또한, 압하 하중을 측정할 수 있도록 롤링유닛(22)은 로드셀(load cell)을 구비할 수 있다. 또한, 롤링유닛(22)은 로드셀에서 읽은 값을 표시할 수 있는 인디케이터(indicator)를 포함할 수 있다.The rolling
또한, 압연하중에 의한 압연 롤의 굽힘 변형을 방지하기 위해 크라운(crown)을 적용하여 롤면을 곡선으로 함으로써 제조되는 소재가 전체적으로 균일한 접합강도를 가질 수 있도록 할 수 있다. 크라운이 적용된 롤의 외관을 도 3에 나타내었다. 와인더(24)는 제조된 정밀층상복합소재를 감도록 구성된다. 이때, 롤링유닛(22)은 0.05mm 이하의 크라운을 가지는 롤(roll)을 이용하여 저압압연을 수행할 수 있다.In addition, in order to prevent bending deformation of the rolling roll due to the rolling load, a crown may be applied to make the roll surface curved so that the material produced may have a uniform bonding strength as a whole. The appearance of the roll to which the crown is applied is shown in FIG. 3.
이때, 와인더(24)는 10m/min 이하의 구동속도로 언와인더(10)로부터 플라즈마 처리와 저압압연 처리 동안에 제1 금속박과 제2 금속박을 이송할 수 있다.At this time, the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 SAB법을 이용한 극박-금속 정밀층상복합소재의 제조방법을 나타낸 순서도이다. Figure 4 is a flow chart showing a manufacturing method of ultra-metal-fine layered composite material using the SAB method according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 정밀층상복합소재의 제조장치에 의한 정밀층상복합소재의 제조는 다른 종류의 동극박을 플라즈마 활성화 표면처리를 거친 후 저압압 연으로 동합금 극박-금속 정밀층상복합소재를 제조하여 재료의 물리적 성질이 변하지 않게 된다. 또한, 재료의 두께 및 종류에 관계없이 다양한 정밀층상복합소재의 형태로 성형이 가능하다. 또한, 본 실시예에 따른 제조방법에 의해 제조된 정밀층상복합소재는 플라즈마 처리에 의해 편평한 접합표면을 가지며, 접합계면에서의 합금층의 변형도 없다. In the manufacture of the precision layered composite material by the manufacturing apparatus of the precision layered composite material according to the embodiment of the present invention, the copper alloy ultrathin-metal precision layered composite material is manufactured by low rolling after a plasma activated surface treatment of another kind of copper foil. The physical properties of the material do not change. In addition, it is possible to mold in the form of a variety of precision layered composite material regardless of the thickness and type of material. In addition, the precision layered composite material produced by the manufacturing method according to the present embodiment has a flat bonding surface by plasma treatment, and there is no deformation of the alloy layer at the bonding interface.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정밀층상복합소재 제조장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a precision layered composite material manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 가이드 롤러를 나타낸 개략도이다. 2 is a schematic view showing the guide roller of FIG.
도 3은 Crown이 적용된 압연롤을 나타낸다.3 shows a rolling roll to which the crown is applied.
도 4는 본 발명의 정밀층상복합소재 제조 장치를 이용한 제조공정에 대한 순서도이다.Figure 4 is a flow chart for the manufacturing process using the precision layered composite material manufacturing apparatus of the present invention.
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2008
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