(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
常圧下に設置された基板の表面にフィルムを形成するためのエアロゾル噴射装置であって、
液化ガスを気化させてキャリアガスを形成し、前記キャリアガスの圧力を高めるキャリアガス注入部と、
前記キャリアガスと粉末とを混合してエアロゾルを形成するエアロゾル形成部と、
前記基板の表面にフィルムが形成されるように、前記エアロゾルを噴射するフィルム形成部と、
を含み、
前記エアロゾル形成部は、
前記粉末を供給する粉末供給装置と、
前記粉末供給装置に供給される前記キャリアガスの流入を制御するガス制御弁と、
前記粉末供給装置から噴射される前記粉末を制御する粉末制御弁と、
前記エアロゾル形成部の残余粉末及び不純物を排出するバイパス弁と
を含むことを特徴とするエアロゾル噴射装置。
【請求項２】
前記エアロゾル形成部と前記フィルム形成部との間に介在され、
前記エアロゾル形成部から供給される前記エアロゾルの温度を増加させる加熱部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のエアロゾル噴射装置。
【請求項３】
前記液化ガスは、窒素または不活性気体の何れか一つからなることを特徴とする請求項１または２に記載のエアロゾル噴射装置。
【請求項４】
前記キャリアガス注入部は、
前記キャリアガスの圧力範囲が１ａｔｍ〜７ａｔｍになるようにすることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のエアロゾル噴射装置。
【請求項５】
前記粉末は、金属または非金属の何れか一つからなることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のエアロゾル噴射装置。
【請求項６】
前記金属は、銅またはニッケルの何れか一つからなることを特徴とする請求項５に記載のエアロゾル噴射装置。
【請求項７】
前記非金属は、セラミック系からなることを特徴とする請求項５に記載のエアロゾル噴射装置。
【請求項８】
前記フィルム形成部は、
チャンバと、
前記チャンバ内部に装着され、前記エアロゾルを噴射する噴射部と、
前記噴射部から噴射された前記エアロゾルが蒸着される前記基板の位置を調節する位置調節部と、
を含むことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載のエアロゾル噴射装置。
【請求項９】
前記位置調節部に結合され、前記基板が装着されるホットプレート（hot plate）をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のエアロゾル噴射装置。
【請求項１０】
前記噴射部は、１．０ｍｍ〜４．５ｍｍの直径で形成されるノズルオリフィス（nozzle orifice）であることを特徴とする請求項８または９に記載のエアロゾル噴射装置。
【請求項１１】
前記噴射部の噴射速度は、前記ノズルオリフィスのサイズ及び前記キャリアガス注入部の圧力により決定されることを特徴とする請求項１０に記載のエアロゾル噴射装置。
【請求項１２】
常圧下に設置された基板の表面にフィルムを形成する方法であって、
液化ガスを気化させてキャリアガスを形成するステップと、
前記キャリアガスの圧力を高めるステップと、
前記キャリアガスと粉末とを混合してエアロゾルを形成するステップと、
前記基板の表面にフィルムが形成されるように、前記エアロゾルを噴射するステップと、
を含み、
前記エアロゾルを形成するステップは、
粉末供給装置により前記粉末を供給するステップと、
ガス制御弁により前記粉末供給装置に供給される前記キャリアガスの流入を制御するステップと、
粉末制御弁により前記粉末供給装置から噴射される前記粉末を制御するステップと、
バイパス弁により前記エアロゾルを形成するステップの残余粉末及び不純物を排出するステップと
を含むことを特徴とするフィルム形成方法。
【請求項１３】
前記エアロゾルの形成ステップと前記フィルムの形成ステップとの間に、
前記エアロゾルの温度を増加させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のフィルム形成方法。
【請求項１４】
前記液化ガスは、窒素または不活性気体の何れか一つからなることを特徴とする請求項１２または１３に記載のフィルム形成方法。
【請求項１５】
前記キャリアガスの圧力を高めるステップは、
前記キャリアガスの圧力が１ａｔｍ〜７ａｔｍになるように行われることを特徴とする請求項１２から１４の何れか１項に記載のフィルム形成方法。
【請求項１６】
前記粉末は、金属または非金属の何れか一つからなることを特徴とする請求項１２から１５の何れか１項に記載のフィルム形成方法。
【請求項１７】
前記金属は、銅またはニッケルの何れか一つからなることを特徴とする請求項１６に記載のフィルム形成方法。
【請求項１８】
前記非金属は、セラミック系からなることを特徴とする請求項１６に記載のフィルム形成方法。
【請求項１９】
常圧下に設置された第１導電層を用意するステップと、
前記第１導電層上に誘電層及び抵抗層のうち少なくとも何れか一つを形成するステップと、
前記誘電層及び抵抗層のうち少なくとも何れか一つ上に第２導電層を形成するステップと、を含み、
前記誘電層及び抵抗層のうち少なくとも何れか一つを形成するステップは、
液化ガスを気化させてキャリアガスを形成するステップと、
前記キャリアガスの圧力を高めるステップと、
前記キャリアガスと、誘電体粉末または抵抗体粉末とを混合して第１エアロゾルを形成するステップと、
前記第１導電層の表面に前記第１エアロゾルを噴射するステップと、
を含み、
前記第１エアロゾルを形成するステップは、
粉末供給装置により前記誘電体粉末または前記抵抗体粉末を供給するステップと、
ガス制御弁により前記粉末供給装置に供給される前記キャリアガスの流入を制御するステップと、
粉末制御弁により前記粉末供給装置から噴射される前記誘電体粉末または前記抵抗体粉末を制御するステップと、
バイパス弁により前記第１エアロゾルを形成するステップの残余粉末及び不純物を排出するステップと
を含むことを特徴とする受動素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第１エアロゾルを形成するステップの後に、
前記第１エアロゾルの温度を増加させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の受動素子の製造方法。
【請求項２１】
前記液化ガスは、窒素または不活性気体の何れか一つからなることを特徴とする請求項１９または２０に記載の受動素子の製造方法。
【請求項２２】
前記第１導電層を用意するステップは、
液化ガスを気化させてキャリアガスを形成するステップと、
前記キャリアガスの圧力を高めるステップと、
前記キャリアガスと導電体粉末とを混合して第２エアロゾルを形成するステップと、
絶縁基板の表面に前記第２エアロゾルを常圧で噴射するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１９から２１の何れか１項に記載の受動素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアロゾル噴射装置及びそれを用いたフィルム形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の粉末噴射工程は、高温、高圧の雰囲気下で粉末を溶融させたり、基板との衝突時に発生する大きな衝撃量を用いて粉末を塑性変形させて密着させたりする方法を用いた。このような方法は、主に船舶、自動車などの構造物やパイプの内外面などのコーティングに耐熱性及び耐磨耗性の向上のために応用してきた。
【０００３】
近年、このような粉末噴射工程を電子部品に適用して、小型化の核心技術となる基板のフィルム形成、チップ（chip）の製造に応用しようとする研究が行われている。
【０００４】
既存の物理蒸着方法（Physical Vapor Deposition、ＰＶＤ）や化学蒸着方法（Chemical vapor deposition、ＣＶＤ）など、広く知られている薄膜工程によるコーティング層は、厚さが数μｍ以上になると、亀裂したり、剥離したりする問題点があった。
【０００５】
一方、溶射工程では、高速で数百μｍ以上の厚さをコーティングすることはできるが、コーティング層内に気孔が生じやすい。また、粒子が高温に曝されて、蒸発や化学的組成に変化などが生じることがあり、急速冷却から非晶質相が形成されることもあり、亀裂が生じやすく、基板との結合力が弱くなる。また、厚いコーティング層を速い速度で形成することはできるが、コーティング層の厚さを制御することが困難であり、表面が粗いという問題点があった。
【０００６】
静電粉末コーティングの工程（Electrostatic Powder Impact Deposition、ＥＰＩＤ）では、カーボンや金属粒子などのような帯電し易い粒子だけがコーティングされ、セラミック粒子のコーティングは困難であるという問題点があった。コーティングの厚さは、数μｍまでは可能であるが、数十μｍは困難であり、コーティング層は非晶質相や、原料粉末とは異なる結晶相が存在することもあった。
【０００７】
ガスデポジション（Gas Deposition、ＧＤ）工程におけるコーティング層の微細組職をよく見ると、原料粉末として用いられたナノ粒子が積層、融着されたことが分かり、超微粒子の使用が主な技術因子であることが分かる。しかし、金属超微粒子は酸化し易く、表面酸化膜の形成を防止するために原料の準備過程及びコーティング工程における真空度維持及び使用ガスの純度確認などに注意しなくてはならないという問題点があった。
【０００８】
また、代案として低温噴射（Cold spray）及びエアロゾルデポジション（Aerosol deposition）を用いると、溶射工程から発生する問題点は解決できるが、基板との衝突の瞬間の衝撃量が大きいので、厚さの薄い基板やチップを形成することができないという問題点があった。
【０００９】
また、低温雰囲気のクローズドシステム（Closed system）から、工程適用の容易性や経済性に劣る。さらに、それぞれの粉末噴射方法に応じて使用可能な粉末の種類及び粒径サイズが制限されるので、工程への適用には限界があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
こうした従来技術の問題点に鑑み、本発明は、粉末の種類及びサイズに制限されずにコーティング工程を行うことができ、常温、常圧でフィルムを形成するので、工程が簡素化でき、短時間に多様な範囲でフィルムの厚さが調節できるエアロゾル噴射装置及びそれを用いたフィルムの形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、基板の表面にフィルムを形成するためのエアロゾル噴射装置であって、液化ガスを気化させてキャリアガスを形成し、上記キャリアガスの圧力を高めるキャリアガス注入部と、上記キャリアガスと粉末とを混合してエアロゾルを形成するエアロゾル形成部と、上記基板の表面にフィルムが形成されるように、上記エアロゾルを常圧で噴射するフィルム形成部と、を含むエアロゾル噴射装置が提供される。
【００１２】
エアロゾル形成部とフィルム形成部との間に介在され、エアロゾル形成部から供給されるエアロゾルの温度を増加させる加熱部をさらに含むことができる。
【００１３】
上記液化ガスは窒素または不活性気体の何れか一つからなることができ、上記キャリアガス注入部は上記キャリアガスの圧力範囲が１ａｔｍ〜７ａｔｍになるようにすることができる。
【００１４】
上記エアロゾル形成部は、銅またはニッケルのような金属、またはセラミックス系のような非金属粉末を供給する粉末供給装置と、上記粉末供給装置に供給される上記キャリアガスの流入を制御するガス制御弁と、上記粉末供給装置から噴射される上記粉末を制御する粉末制御弁と、を含むことができる。ここで、上記エアロゾル形成部は、上記エアロゾル形成部の残余粉末及び不純物を排出するバイパス弁をさらに含むことができる。
【００１５】
上記フィルム形成部は、チャンバと、上記チャンバの内部に装着され、エアロゾルを噴射する噴射部と、上記噴射部から噴射されたエアロゾルが蒸着される基板の位置を調節する位置調節部と、を含むことができる。
【００１６】
一方、上記位置調節部に結合され、上記基板が装着されるホットプレートを含むことができ、上記噴射部は１．０ｍｍ〜４．５ｍｍの直径で形成されるノズルオリフィスであることができる。ここで、上記噴射部の噴射速度は上記ノズルオリフィスのサイズ及び上記キャリアガス注入部の圧力から決定できる。
【００１７】
本発明の他の実施形態によれば、基板の表面にフィルムを形成する方法であって、液化ガスを気化させてキャリアガスを形成するステップと、上記キャリアガスの圧力を高めるステップと、上記キャリアガスと粉末とを混合してエアロゾルを形成するステップと、上記基板の表面にフィルムが形成されるように上記エアロゾルを常圧で噴射するステップと、を含むフィルムの形成方法が提供される。
【００１８】
上記エアロゾルの形成ステップと上記フィルムの形成ステップとの間に、上記エアロゾルの温度を増加させるステップをさらに含むことができる。
【００１９】
一方、上記液化ガスは窒素または不活性気体の何れか一つからなることができ、上記キャリアガスの圧力を高めるステップは、上記キャリアガスの圧力が１ａｔｍ〜７ａｔｍになるように行われる。
【００２０】
本発明のまた他の実施形態によれば、第１導電層を用意するステップと、上記第１導電層の上に誘電層及び抵抗層のうち少なくとも一つを形成するステップと、上記誘電層または抵抗層の上に第２導電層を形成するステップと、を含み、上記誘電層または抵抗層を形成するステップは、液化ガスを気化させてキャリアガスを形成するステップと、上記キャリアガスの圧力を高めるステップと、上記キャリアガスと、誘電体粉末または抵抗体粉末とを混合して第１エアロゾルを形成するステップと、上記第１導電層の表面に上記第１エアロゾルを常圧で噴射するステップと、を含むことを特徴とする受動素子の製造方法が提供される。
【００２１】
上記第１エアロゾルを形成するステップの後に、上記第１エアロゾルの温度を増加させるステップをさらに含むことができ、上記液化ガスは窒素または不活性気体の何れか一つからなることができる。
【００２２】
一方、上記第１導電層を用意するステップは、液化ガスを気化させてキャリアガスを形成するステップと、上記キャリアガスの圧力を高めるステップと、上記キャリアガスと導電体粉末とを混合して第２エアロゾルを形成するステップと、絶縁基板の表面に上記第２エアロゾルを常圧で噴射するステップを含むこともできる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によるエアロゾル噴射装置及びそれを用いたフィルム形成方法によれば、粉末の種類及びサイズに制限されずにコーティング工程を行うことができ、常温、常圧でフィルムを形成するので、工程を簡素化でき、ノズルの出口での速度範囲が広くて速度調節が容易であり、短時間に多様な範囲でフィルムの厚さを調節することができる。また、誘電層・電気抵抗層・電気伝導層を同じ方法で製造できるので、工程コストの低減効果が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態によるエアロゾル噴射装置の一実施例を示す概念図である。
【図２】本発明の一実施例による噴射部のノズルに対する斜視図である。
【図３】本発明の一実施例による噴射部のノズルに対する分解斜視図である。
【図４】本発明の他の実施形態によるフィルム形成方法の一実施例を示す順序図である。
【図５】本発明のまた他の実施形態による受動素子の製造方法を示す図である。
【図６】本発明のまた他の実施形態による受動素子の製造方法を示す図である。
【図７】本発明のまた他の実施形態による受動素子の製造方法を示す図である。
【図８】本発明のまた他の実施形態による受動素子の製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は多様な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができるため、本願では特定実施例を図面に例示し、詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物及び代替物を含むものとして理解されるべきである。本発明を説明するに当たって、係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【００２６】
「第１」、「第２」などの序数を含む用語は、多様な構成要素を説明するために用いられるに過ぎず、構成要素がそれらの用語により限定されるものではない。それらの用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的だけに用いられる。
【００２７】
本願で用いた用語は、ただ特定の実施例を説明するために用いたものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文の中で明らかに表現しない限り、複数の表現を含む。本願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組合わせたものの存在を指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組合わせたものの存在または付加可能性を予め排除するものではないと理解しなければならない。
【００２８】
以下、本発明に係るエアロゾル噴射装置及びそれを用いたフィルム形成方法の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明しその説明において、同一かつ対応する構成要素は同一の図面番号を付し、これに対する重複説明は省略する。
【００２９】
図１は、本発明によるエアロゾル噴射装置を示す概念図であり、図２は本発明の一実施例による噴射部ノズルの斜視図であり、図３は本発明の一実施例による噴射部ノズルの分解斜視図であり、図４は本発明によるフィルム形成方法を示す順序図である。
【００３０】
図１から図３を参照すると、キャリアガス注入部１０、液化ガス１１、レギュレータ１２，１４、気化器１３、流量計１５、エアロゾル形成部２０、第１粉末供給装置２１、第２粉末供給装置２２、ガス制御弁２３，２４、粉末制御弁２６，２７、バイパス弁２５、加熱部３１、噴射部４０、ノズル４２、ボディ４３、フィルタ４４、ヘッド４５、チップ（tip）４６、フィルム形成部５０、ホットプレート５１、位置調節部５２、基板５３、チャンバ５４、排気口５５が示されている。
【００３１】
本実施例では、液化ガスを気化させ、気化されたキャリアガスの圧力を高めるキャリアガス注入部と、キャリアガスと粉末とを混合してエアロゾルを形成するエアロゾル形成部と、エアロゾルを常圧で噴射してフィルムを形成するフィルム形成部と、を含むエアロゾル噴射装置を提供することにより、粉末の種類及びサイズに制限されずにコーティング工程を行うことができ、常温、常圧でフィルムを形成するので工程を簡素化でき、ノズル出口での速度範囲が広いので、速度調節が容易で、短時間に多様な範囲でフィルムの厚さを調節することができる。
【００３２】
また、常温、常圧の工程条件下でのキャリアガスの注入部と噴射部との間の圧力差や、ノズルオリフィスの形状による出口速度を用いて固体状態の粉末を噴射することにより、緻密な組職及び電気的性質を有するコーティング面を形成することができる。
【００３３】
本実施例では、図１に示されたように、キャリアガス注入部１０、エアロゾル形成部２０、加熱部３１、及びフィルム形成部５０を含む。
【００３４】
先ず、ステップＳ１０で、キャリアガス注入部１０で液化ガス１１を気化させ、ステップＳ２０で、気化されたキャリアガスの圧力を高める。より具体的には、液化ガス１１は、レギュレータ（Regulator）１２により容器内の一定圧力条件下で気化器１３に注入される。ここで、液化ガス１１は窒素または不活性気体であることができる。本実施例では液化ガス１１として液化窒素を用いた場合について説明する。
【００３５】
気化器１３を通過した液化ガス１１としての液化窒素は低い温度の気体状態の窒素となり、これはキャリアガスとして用いられる。ここで、液化窒素を用いることにより、使用粉末及びコーティング面の酸化を防止することができる。また、容器内で高圧縮状態に貯蔵されているものを所望の量だけ膨脹させて用いるので、同一体積の容器の気体窒素に比べて経済的ともいえる。
【００３６】
気化された液化窒素を、レギュレータ１４を用いて、要求される出口速度に対応する圧力で噴射する。現在の工程では１ａｔｍ〜７ａｔｍの圧力を用いており、これによる噴射部４０のノズル４２の出口速度は１００ｍ/ｓ〜１０００ｍ/ｓとなっている。
【００３７】
流量計１５を用いて管の内部を通過するキャリアガスの時間当たりの体積を測定する。ここで、全体システムの管は、酸化防止のためにステンレス（ＳＵＳ）材質を用いることができる。
【００３８】
従来の低温噴射工程では１５ａｔｍ〜３５ａｔｍのキャリアガス（メインガス）の圧力が要求されたが、本実施例によれば、１ａｔｍ〜７ａｔｍのキャリアガスの圧力でも作動する。
【００３９】
エアロゾル形成部２０は、第１粉末供給装置２１、第２粉末供給装置２２、ガス制御弁２３，２４、粉末制御弁２６，２７、及びバイパス弁２５を含んでおり、ステップＳ３０で、キャリアガスと粉末とを混合してエアロゾルを形成する。
【００４０】
第１粉末供給装置２１及び第２粉末供給装置２２に、フィルム、すなわち、コーティング面を形成するための粉末を一定量供給する。粉末としては、金属、非金属の種類を問わず、何れも使用でき、そのサイズは数十ｎｍから数十μｍまでのものを使用することができる。
【００４１】
金属粉末は、銅またはニッケルからなることができ、非金属粉末はセラミック系のＢＴ（bismaleimide triazine）からなることができる。
【００４２】
粉末は、流入されるキャリアガスと噴射部４０のノズル４２の外部との圧力差によりエアロゾル状態になる。ここで、エアロゾルとは、キャリア気体内に数百ｎｍ〜数十μｍサイズの粉末が浮遊しているものをいう。
【００４３】
ここで、ガス制御弁２３，２４を用いてキャリアガスを流入したり、遮断したりすることができて、キャリアガスの流量を調節することができる。また、粉末制御弁２６，２７を用いて所望の粉末一種だけを噴射することができ、粉末制御弁２６，２７をすべて開けて一度に多種の粉末を噴射することもできる。
【００４４】
一度に多様な粉末を噴射するときには、粉末の物性値に応じてエアロゾル形成部２０に流入されるキャリアガスの流量をガス制御弁２３，２４を用いてそれぞれ調節することができる。
【００４５】
バイパス弁２５は、管及びボール弁で構成されており、エアロゾル形成部２０へ流入及び流出されるボール弁をすべて閉め、バイパス弁２５だけを開けた状態でキャリアガスを供給して管内部の残余粉末及び不純物を除去するのに使用できる。
【００４６】
また、本実施例の粉末供給装置２１，２２、ガス制御弁２３，２４、及び粉末制御弁２６，２７は、要求される粉末の種類に応じてその数を増やすことができる。
【００４７】
また、本実施例では二つ以上の粉末供給装置２１，２２及び一つのバイパス弁２５をキャリアガス供給管に装着した後、弁を調節することによりキャリアガスの遮断及び供給を制御することができる。したがって、それぞれ異なる種類の粉末を別の装置に交換することや、分離する過程なしに噴射することができる。
【００４８】
したがって、本実施例のエアロゾル噴射装置によれば、使用する粉末の粒径サイズに応じて数十ｎｍの微細な厚さのフィルムから数十μｍの厚さのフィルムまで形成でき、所要時間は数分から数十分程度と短い。
【００４９】
その後、生成されたエアロゾルを粉末制御弁２６，２７を介して次の工程が行われる加熱部３１に供給する。ステップＳ４０で、加熱部３１に注入されたエアロゾルの温度を増加させる。
【００５０】
加熱部３１は、開閉式電気炉の一つである。加熱部３１には、全体システムに使用される管と同じ直径の管を使用し、要求温度への到達に必要とされる停滞時間を耐えることができる管を使用する。また、停滞時間内で交換できる管を電気炉内部に使用し、温度及び時間を調節することができる。
【００５１】
電気炉内部の温度は、０℃〜１０００℃の範囲で調節可能である。外部の空気が遮断された状態でエアロゾルが加熱されるので、酸化を防止でき、気体温度の増加により低い作動圧力で気体速度を高めることができる。
【００５２】
また、金属粉末を用いたエアロゾルは、溶融点以下の温度にあり、塑性変形が発生しやすい。したがって、噴射されると基板５３に容易に蒸着され、微細組職のコーティング面を形成することができる。
【００５３】
加熱部３１で加熱されたエアロゾルは、ステップＳ５０で、フィルム形成部５０により常温、常圧の条件下で噴射されてフィルムが形成される。常圧エアロゾル噴射方法は、常温、常圧工程であって、従来の粉末噴射工程と比べて簡素な構成及び工程条件でコーティング面を形成することができる。
【００５４】
すなわち、従来の低温噴射工程では１５ａｔｍ〜３５ａｔｍのキャリアガス（メインガス）圧力が要求されたが、本実施例の工程によれば１ａｔｍ〜７ａｔｍのキャリアガス圧力範囲で作動可能である。
【００５５】
また、従来のエアロゾルデポジション（Aerosol deposition）工程はクローズドシステムであって、二つのメインチャンバの粉末供給チャンバ及び蒸着チャンバで構成され、それぞれのチャンバは約８００ｔｏｒｒ、１ｔｏｒｒの圧力を有する。
【００５６】
この圧力差により粉末が加速され、コーティングは１ｔｏｒｒの低真空雰囲気下で形成される。しかし、本実施例による工程はオープンシステムであって、常圧で行われるので、真空雰囲気を形成するための付加工程が要求されなく、このために真空状態を形成するための別の装置を必要としない。
【００５７】
フィルム形成部５０は、チャンバ５４、噴射部４０、ホットプレート５１、位置調節部５２、及び排気口５５を含む。
【００５８】
チャンバ５４は直方体であり、噴射工程から基板５３に蒸着されなく飛び散った粉末を再活用し、空気との接触を遮断して酸化を防止する。また、チャンバ５４の形状は内部の気体の流れに影響を与えるため、その設計が重要である。
【００５９】
噴射部４０は、チャンバ５４内部に装着されてエアロゾルを噴射する。より具体的に、噴射部４０は交換型ノズルタイプを含むことができる。すなわち、１ｍｍ〜４．５ｍｍ範囲の直径を有するノズルオリフィスを製作して、要求される速度に応じて交換装着することにより、工程システムにおける付随的な修正なしで速度を調節することができる。このときに発生する速度範囲は１００ｍ／ｓ〜１０００ｍ／ｓである。
【００６０】
上述したように、エアロゾルの噴射速度を容易に調節することができるので、次のような効果を得ることができる。すなわち、従来の粉末噴射工程は金属またはセラミックの１種粉末を使用する際に高いコーティング特性を示すことに比べ、常圧エアロゾル噴射方法は速度調節の容易性から金属、非金属粉末に関係なく使用できる。また、数十ｎｍから数十μｍまでの多様な直径の粉末を使用できる。
【００６１】
図２は本発明の一実施例による噴射部ノズルの斜視図であり、図３は本発明の一実施例による噴射部ノズルの分解斜視図である。
【００６２】
図２及び図３を参照すると、ノズル４２、ボディ４３、フィルタ４４、ヘッド４５、ノズルチップ４６，４７が示されている。
【００６３】
ボディ４３は管に連結するための締結部であって、ノズルチップ４６，４７を支持する役割をする。ヘッド４５はボディ４３にノズルチップ４６，４７を固定させる役割をする。ノズルチップ４６，４７はノズル４２の核心部分であって、所望の直径のノズルチップ４６，４７に交換することにより、煩わしい管交換作業をしなくてもノズル出口における速度を調節することができる。
【００６４】
ノズルチップ４６はフラットタイプ（flat type）であり、これは形成されるコーティング面の形状が四角形であることを考慮して、無駄になる粉末量を減少させ、かつ精巧なコーティング面の輪郭を形成するためである。
【００６５】
ノズル４２のオリフィスのサイズは、１．０ｍｍ〜４．５ｍｍの直径範囲を有するように５ｍｍ単位で製作し、ノズル４２のオリフィスのサイズ及びキャリアガスの入口圧力によりノズル出口速度が決定される。ノズル４２の内部形状は直径が次第に小さくなる先細ノズルである。
【００６６】
噴射部４０のノズル４２を介してエアロゾルが噴射されると、基板５３に蒸着されたコーティング面であるフィルムを形成することができる。
【００６７】
コーティング面を形成しようとする基板５３は、その種類にかかわらずホットプレート５１上に装着される。ホットプレート５１は０℃〜３００℃の範囲の温度調節が可能であり、基板５３の物性値に影響を与えない範囲内で調節することになる。
【００６８】
基板５３が装着されたホットプレート５１は、ｘ−ｙ−ｚステージ（stage）の位置調節部５２に固定される。位置調節部５２は、基板５３が装着されているホットプレート５１のｘ、ｙ方向を一定速度で移動して、均一な粗さのコーティング面を形成できるようにする。
【００６９】
また、ノズル出口速度、噴射時間と共に、また一つの重要な工程条件である基板５３とノズル４２出口との間の距離をｚ方向に精緻に調節して、多様なサイズの粒子の慣性運動によるコーティング面を形成することができる。
【００７０】
上述した常圧エアロゾル噴射システムの工程フロー及び工程条件の制御を要約すると、次のようである。酸化防止のためにキャリアガスとして液化ガス１１としての液化窒素を使用し、流入されたキャリアガスは要求される粉末の種類に応じて二つ以上の粉末供給装置２１，２２及びバイパス弁２５に供給される。ここで、供給及び遮断はガス制御弁２３，２４及び粉末制御弁２６，２７を用いて制御し、同時供給あるいは個別供給もこれらを用いて制御する。
【００７１】
粉末供給装置２１，２２の内部の粉末は、圧力差によりエアロゾルを形成する。粉末の種類は金属または非金属のすべてを使用でき、その直径は数十ｎｍから数十μｍの範囲まで可能である。
【００７２】
このとき、圧力範囲は１ａｔｍ〜７ａｔｍである。このように形成されたエアロゾルは、加熱部３１を通過しながら０℃〜１０００℃に加熱される。加熱されたエオロゾルは交換型ノズル４２を介して噴射され、ノズル４２のオリフィス直径の範囲は１ｍｍ〜４．５ｍｍである。
【００７３】
ノズル４２出口での速度は、ノズル４２のオリフィスサイズ及び入口でのキャリアガスの圧力から決定され、その範囲は１００ｍ／ｓ〜１０００ｍ／ｓである。ノズル４２から噴射されたエアロゾルは基板５３に衝突し、この過程によりエアロゾル内の粉末はフィルムを形成する。フィルムの面積及び噴射距離は位置調節部５２のｘ−ｙ−ｚステージにより制御される。
【００７４】
すなわち、本実施例の常圧エアロゾル噴射工程の目的は、キャリアガスの速度、噴射距離、噴射時間、粉末の種類などの工程条件を制御することにより、所望の電気的特性、厚さ、及び面積を有するコーティング面を形成することである。
【００７５】
上記の目的を達成するための核心工程はノズル出口での速度調節であって、これはキャリアガス注入部１０及び噴射部４０で制御し、フィルム形成部５０でコーティング面の面積と粗さを制御することができる。また、加熱部３１でコーティング面の形成効率を増加させ、かつコーティング面の物理的、組織的な特性を向上させることができる。
【００７６】
以上で説明した常圧エアロゾル噴射システムを用いて非導電性基板上に図５に示すようなエンベデッドキャパシタ基板（embedded capacitor board）１００、エンベデッドレジスタ基板（embedded resistor board）２００、エンベデッドキャパシタ／レジスタ基板（embedded capacitor resistor board）３００のような受動素子を製造することができる。
【００７７】
図６を参照してエンベデッドキャパシタ基板１００を製造する方法について簡略に説明する。
【００７８】
先ず、図６の（ａ）に示すように、絶縁基板１１０を用意する。絶縁基板１１０としては、アルミナ酸化物系のようなセラミック系の絶縁基板からガラス繊維が充填されたエポキシ系のプラスチック基板まで多様な基板を使用できる。
【００７９】
次に、図６の（ｂ）に示すように、用意した絶縁基板１１０の上に上述した常圧エアロゾル噴射システムを用いて導電層１２０を形成する。ここで、導電層１２０を形成するためには約５μｍ直径の銅粒子を用いてもよく、その他にも、多様な材質の金属粒子を用いることができる。絶縁基板１１０に形成される導電層１２０の厚さは、使用する金属粒子のサイズに応じて１μｍから５００μｍまで多様に形成できる。
【００８０】
その後、図６の（ｃ）に示すように、形成された導電層１２０の上に、また常圧エアロゾル噴射システムを用いて誘電層１３０を形成する。このような誘電層１３０を形成するためにはチタン酸バリウムのような誘電体粒子を用いることができる。本実施例では、約０．４５μｍの平均直径を有するＢａＴｉＯ３粒子を用いたが、その他にも必要により少量の添加剤が混入された多様な誘電体粒子を用いることができる。誘電層１３０の厚さは、使用する誘電体粒子のサイズ及び工程条件に応じて、１μｍから５０μｍまで多様に形成できる。
【００８１】
このように形成された誘電層１３０に、図６の（ｄ）に示すように、再び導電層１４０を形成してエンベデッドキャパシタ基板１００を製造することができる。ここで、導電層１４０を形成するためには、上述した常圧エアロゾルシステムを用いてもよく、メッキまたは蒸着のような方法を用いてもよい。
【００８２】
一方、図６には、上述した常圧エアロゾル噴射システムを用いて導電層及び誘電層をすべて形成したが、銅張積層板の一面のように、予め形成されている導電層の上に常圧エアロゾル噴射システムを用いて誘電層を形成する方法からもエンベデッドキャパシタ基板を製造することができる。
【００８３】
次に、図７を参照してエンベデッドレジスタ基板２００を製造する方法について簡略に説明する。
【００８４】
先ず、図７の（ａ）に示すように、絶縁基板２１０を用意する。絶縁基板２１０としては、アルミナ酸化物系のようなセラミック系の絶縁基板からガラス繊維が充填されたエポキシ系のプラスチック基板までの多様な基板を使用できる。
【００８５】
次に、図７の（ｂ）に示すように、用意した絶縁基板２１０の上に常圧エアロゾル噴射システムを用いて導電層２２０を形成する。ここで、導電層２２０を形成するためには約５μｍ直径の銅粒子を用いてもよく、その他にも、多様な材質の金属粒子を用いることができる。絶縁基板２１０に形成される導電層２２０の厚さは、使用する金属粒子のサイズに応じて、１μｍから５００μｍまで多様に形成できる。
【００８６】
その後、図７の（ｃ）に示すように、形成された導電層２２０の上に、また常圧エアロゾル噴射システムを用いて抵抗層２３０を形成する。このような抵抗層２３０を形成するためには平均直径０．４５μｍのＮｉ／Ｃｒ粒子を用いることができ、その他にも、必要により多様な電気抵抗粒子を用いることができる。抵抗層２３０の厚さは、使用する抵抗体粒子のサイズ及び工程条件に応じて、１μｍから５０μｍまで多様に形成できる。
【００８７】
このように形成された抵抗層２３０に、図７の（ｄ）に示すように、再び導電層２４０を形成してエンベデッドレジスタ基板２００を製造することができる。ここで、導電層２４０を形成するためには、上述した常圧エアロゾルシステムを用いてもよく、メッキまたは蒸着のような方法を用いてもよい。
【００８８】
一方、図７には、上述した常圧エアロゾル噴射システムを用いて導電層２２０及び抵抗層２３０を形成したが、銅張積層板の一面のように、予め形成されている導電層上に常圧エアロゾル噴射システムを用いて抵抗層を形成する方法からもエンベデッドレジスタ基板を製造することができる。
【００８９】
次に、図８を参照して、エンベデッドキャパシタ／レジスタ基板３００を製造する方法について簡略に説明する。
【００９０】
先ず、図８の（ａ）に示すように、絶縁基板３１０を用意する。絶縁基板３１０としては、アルミナ酸化物系のようなセラミック系の絶縁基板からガラス繊維が充填されたエポキシ系のプラスチック基板まで多様な基板を使用できる。
【００９１】
次に、図８の（ｂ）に示すように、用意した絶縁基板３１０の上に上述した常圧エアロゾル噴射システムを用いて導電層３２０を形成する。ここで、導電層３２０を形成するためには、約５μｍ直径の銅粒子を用いてもよく、その他にも、多様な材質の金属粒子を用いることができる。絶縁基板３１０に形成される導電層３２０の厚さは、使用する金属粒子のサイズに応じて、１μｍから５００μｍまで多様に形成できる。
【００９２】
その後、図８の（ｃ）に示すように、形成された導電層３２０の上に、また常圧エアロゾル噴射システムを用いて誘電層３３０を形成する。このような誘電層３３０を形成するために、チタン酸バリウムのような誘電体粒子を用いることができる。本実施例では、約０．４５μｍの平均直径を有するＢａＴｉＯ３粒子を用いたが、その他にも必要により少量の添加剤が混入された多様な誘電体粒子を用いることができる。誘電体層３３０の厚さは、使用する誘電体粒子のサイズ及び工程条件に応じて、１μｍから５０μｍまで多様に形成できる。
【００９３】
その後、図８の（ｄ）に示すように、形成された誘電層３３０の上に、また常圧エアロゾル噴射システムを用いて抵抗層３４０を形成する。このような抵抗層３４０を形成するためには平均直径０．４５μｍのＮｉ／Ｃｒ粒子を用いてもよく、その他にも、必要により多様な電気抵抗粒子を用いることができる。抵抗層３４０の厚さは、使用する抵抗体粒子のサイズ及び工程条件に応じて、１μｍから５０μｍまで多様に形成できる。
【００９４】
このように形成された抵抗層３４０に、図８の（ｅ）に示すように、再び導電層３５０を形成してエンベデッドキャパシタ／レジスタ基板３００を製造することができる。ここで、導電層３５０を形成するために、上述した常圧エアロゾルシステムを用いてもよく、メッキまたは蒸着のような方法を用いてもよい。
【００９５】
一方、図８には、上述した常圧エアロゾル噴射システムを用いて導電層３２０、誘電層３３０、及び抵抗層３４０を形成したが、銅張積層板の一面のような予め形成されている導電層の上に常圧エアロゾル噴射システムを用いて誘電層及び抵抗層を形成する方法からもエンベデッドキャパシタ／レジスタ基板を製造することができる。
【００９６】
以上、本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解できよう。
【符号の説明】
【００９７】
１０  キャリアガス注入部
１１  液化ガス
１２，１４  レギュレータ
１３  気化器
１５  流量計
２０  エアロゾル形成部
２１  第１粉末供給装置
２２  第２粉末供給装置
２３，２４  ガス制御弁
２６，２７  粉末制御弁
２５  バイパス弁
３１  加熱部
４０  噴射部
４２  ノズル
４３  ボディ
４４  フィルタ
４５  ヘッド
４６  チップ
５０  フィルム形成部
５１  ホットプレート
５２  位置調節部
５３  基板
５４  チャンバ
５５  排気口
【図１】
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【図２】
0004857362.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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