[논문]비구면 유리렌즈 성형용 SiC 코어의 DLC 코팅에 관한 연구

박순섭; 원종호

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Technical demands for aspheric glass lens formed in market increases its application from simple camera lens module to fiber optics connection module in optical engineering. WC is often used as a metal core of the aspheric glass lens, but the long life time is issued because it fabricated in high te...

Technical demands for aspheric glass lens formed in market increases its application from simple camera lens module to fiber optics connection module in optical engineering. WC is often used as a metal core of the aspheric glass lens, but the long life time is issued because it fabricated in high temperature and high pressure environment. High hard thin film coating of lens core increases the core life time critically. Diamond Like Carbon(DLC) thin film coating shows very high hardness and low surface roughness, i.e. low friction between a glass lens and a metal core, and thus draw interests from an optical manufacturing industry. In addition, DLC thin film coating can removed by etching process and deposit the film again, which makes the core renewable. In this study, DLC films were deposited on the SiC ceramic core. The process variable in FVA(Filtered Vacuum Arc) method was the substrate bias-voltage. Deposited thin film was evaluated by raman spectroscopy, AFM and nano indenter and measured its crystal structure, surface roughness, and hardness. After applying optimum thin film condition, the life time and crystal structure transition of DLC thin film was monitored.

주제어

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 FVA 증착법에 의한 DLC 박막의 sp, 분율에 따른 DLC 박막의 특성 및 유리 렌즈 성형용 금형(SiC)의 실장 테스트를 통한 sp3 분율 향상에 따른 불량 감소와 금형의 성형 수명향상에 대하여 연구하였다.

제안 방법

SiC 시편은 경도가 높아 입도별로 제작된 비트리파이드 본드 다이아몬드 숫돌을 사용하여 #400 부터 #12,000 까지 습식연삭을 실시하였다
sp' 분율에 따른 SiC 금형의 성형 수명은 GMP(Glass Molding Pressure) system 을 이용한 유리 렌즈 생산 라인에 적용하여 실장테스트를 하였다. 광학유리는 일반적으로 480℃~680℃에서 전이 특성을 갖는다.
또한 성형 후 DLC 박막의 물성 변화를 관찰하기 위해 100, 2, 500, 3, 000shot 의 성형 후 라만 분석을 하였다. Fig.
본 연구에서는 600, 630℃의 Nz 분위기에서 상측 금형에 일정한 하중을 아래쪽 방향으로 가하여 성형하였다. 사이클타임(cycle time)은 15 분 정도 소요된다.
이와 같이 제조된 시편은 정삭연마를 위해 다이 아몬드 페 이 스트를 사용하여 1.0 ㎛에서 0.3 ㎛까지 순차적으로 연마하였다. 이후 시편표면에 존재하는 잔류 유기물 및 불순물 제거를 위해 아세톤 10 분과 알코올 15 분씩 초음파 세척하고 증류수로 세척한 후 박막의 접착력을 향상시키기 위해 건식 플라즈마 세정 10 분 공정을 수행 한 후 2 차적인 오염을 방지하기 위해 진공 데시게이터에 보관하였다.
3 ㎛까지 순차적으로 연마하였다. 이후 시편표면에 존재하는 잔류 유기물 및 불순물 제거를 위해 아세톤 10 분과 알코올 15 분씩 초음파 세척하고 증류수로 세척한 후 박막의 접착력을 향상시키기 위해 건식 플라즈마 세정 10 분 공정을 수행 한 후 2 차적인 오염을 방지하기 위해 진공 데시게이터에 보관하였다.

대상 데이터

sp3 분율의 공정 변수로는 substrate bias voltage 를변화시켜 DLC 박막을 증착 하였으며, DLC 박막의 모재로는 SiC 소재를 이용하였다.
본 연구에 사용된 SiC 는 일본 Kyocera 사의 SClOOO(SiC)를 사용하였으며, SiC 입자크기는 약 1 ~ 5.0 fim 이었다. 코팅을 위한 시편은 SiC 봉재 (010)를 Wire cutting 으로 시 편을 3 두께로 제작하였다.
0 fim 이었다. 코팅을 위한 시편은 SiC 봉재 (010)를 Wire cutting 으로 시 편을 3 두께로 제작하였다.

성능/효과

이는 이온화율이 높지만 좁은 이온 에너지 분포를 갖는 FVA 공정의 단점을 극복할 수 있는 방법으로서, 광범위한 물성의 DLC 박막을 합성할 수 있다는 의미를 갖는다. 기판 바이어스 전압을 인가함에 따라 sp3 분율은 증가하고 이에 따라 경도 값도 증가하는 경향을 보였다. 또한 유리 렌즈 성형에 중요한 표면 거 칠기 및 마찰계수 값도 sp' 분율 변화 양상과 비슷한 경향을 보였다.
또한 DLC 박막의 표면 마찰계수는 표면 거칠기 값에 큰 영향을 받는 것으로 분석되었다. Fig.
3은 나노압입법(Nano-indentation)에 의해 측정된 바이어스 전압에 따른 박막의 경도 변화이다. 박막의 경도는 바이어스 전압이 증가함에 따라 -70V 근처에서 66GPa 의 가장 높은 경도 값을 보이며, 다시 경도 값이 감소하는 경향을 보인다. 이는 RF PACVD 나 이온 빔 증착법으로 합성된 DLC 박막의 경 도에 비해 3~5 배 큰 값이다 9 위 실험 결과로부터 기판 바이어스 전압에 따른 DLC 박막의 물성 크게 변화함을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 FVA 공정을 이용하여 기판 바이어스 전압 조절을 통해 이온의 운동에너지를 효과적으로 변화시킬 수 있으며, 이에 따라 박막의 화학적 결합 양상을 체계적으로 제어할 수 있음을 보여주었다. 이는 이온화율이 높지만 좁은 이온 에너지 분포를 갖는 FVA 공정의 단점을 극복할 수 있는 방법으로서, 광범위한 물성의 DLC 박막을 합성할 수 있다는 의미를 갖는다.
이는 RF PACVD 나 이온 빔 증착법으로 합성된 DLC 박막의 경 도에 비해 3~5 배 큰 값이다 9 위 실험 결과로부터 기판 바이어스 전압에 따른 DLC 박막의 물성 크게 변화함을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 FVA 증착법에서 기판의 바이어스 전압인가에 의해 기판에 도달하는 탄소 이온의 에너지를 효과적으로 제어할 수 있음을 보여주고 있는데, 이는 95%가 넘는 높은 이온화율 때문이다.

후속연구

가장 이상적인 기판 바이어스 전압 값은 -60V 로분석되었으며, 이때 SiC 금형의 성형 수명이 가장 높게 관찰 되었다. 성형 횟수가 증가함에 따라 sp3 분율은 감소함을 알 수 있었으며, 이에 따라 고온 환경에서 DLC 박막의 성형 수명을 늘리기 위해서는 sp3 분율을 높이는 연구가 필요할 것으로 사료된다.
이처럼 FVA 방법으로 증착한 DLC 의 경우 수소, 질소 등의 불순물을 함유하지 않으므로 C-H, C-N 등의 약한 결합이 존재하지 않아, 높은 열적 안정성 을 가지는 것으로 사료된다. 유리렌즈 금형 에 DLC 박막의 적용은 우수한 내마모 특성과 윤활 특성을 활용한 것임을 감안할 때, 높은 열적 안정성은 그 활용도를 크게 높여 줄 것으로 판단된다.

참고문헌 (13)

Lee, K. R. and Eun, K. Y., "Diamond- like Carbon Film," Bull of the Korean Inst. of Mat. & Mater., Vol. 6, No. 4, pp. 345-361, 1993.
Cui, F. Z. and Li, D. J., "A review of investigations on biocompatibility of diamondlike carbon and carbon nitride films," Surf. Coat. Technol., Vol. 131, No. 1-3, pp. 481-487, 2000.

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Baldwin, D. A. and Fallabella, S., "Deposition processes utilizing a new filtered cathodic arc source," Proc. of the 38th Annual Techn. Conf., Society of Vacuum Coaters, pp. 309-316, 1995.
Anders, A., Anders, S. and Brown, I. G, "Effect of duct bias on transport of vacuum arc plasmas through curved magnetic filters," J. Appl. Phys., Vol. 75, No. 10, pp. 4900-4905, 1994.

상세보기
Aksenov, I. I., Belous, V. A., Padalka, V. G. and Khoroshikh, V. M., "Transport of plasma streams in a curvilinear plasma-optics system," Sov. J. Plasma Phys., Vol. 4, No. 4, pp. 425-428, 1978.

상세보기
Anders, S., Diaz, J., Ager, J. W. III, Lo, R. Y. and Bogy, D. B., "Thermal stability of amorphous hard carbon films produced by cathodic arc deposition," Appl. Phys. Lett., Vol. 71, No. 23, pp. 3367-3369, 1997.

상세보기
Anders, S., Ager, J. W. III, Pharr, G. M., Tsui, T. Y. and Brown, I. G, "Heat treatment of cathodic arc deposited amorphous hard carbon films," Thin Solid Films, Vol. 308-309, pp. 186-190, 1997.

상세보기
Yoshikawa, M., Katagiri, G., Ishida, H. and Akamatsu, T., "Raman spectra of diamondlike amorphous carbon films," J. Appl. Phys, Vol. 64, No. 11, pp. 6464-6468, 1988.

상세보기
Savvides, N. and Bell, T. J., "Microhardness and Young's modulus of diamond and diamondlike carbon films," J. Appl. Phys. Vol. 72, No. 7, pp. 2791, 1992.

상세보기
Lee, C., Shin, J., Kim, J., Lee, K. and Yoon, K., "The control of the structure and properties of tetrahedral amorphous carbon films prepared by Filters Vacuum Arc," Journal of the Korean Vacuum Society, Vol. 11, No. 1, pp. 8-15, 2002.

원문보기 상세보기
McKenzie, D. R., Yin, Y., Marks, N. A., Davis, C. A., Kravtchinskaia, E., Pailthorpe, B. A. and Amaratunga, G. A. J., "Tetrahedral amorphous carbon properties and applications," J. Non-cryst. Solids, Vol. 164-166, Part 2, pp. 1101-1106, 1993.

상세보기
Neuville, S. and Matthews, A., "Hard Carbon Coatings: The Way Forward," Materials Research Society Bulletin, pp. 22-26, 1997.
Park, S. S. and Won, J. H., "Research on ultra-precision Grinding Work of silicon carbide," Journal of Korean Society for Precision Engineering, Vol. 26, No. 9, pp. 58-63, 2009.

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