그라파이트 히터 설계 및 적용 할 때 주의 사항

참고 사이트

신성카본

http://sscb.co.kr/?mod=document&uid=22&page_id=294 

카본흑연 전문 신성카본

 

반도체 진공장비의 고온 공정에 많이 사용되는 히터가 그라파이트 히터이다.

지금은 국산화가 많이 되고, 기술력도 쌓여서 좋은 히터가 많지만, 불과 10년 정도만 해도 변변한 국산히터가 없었다고 해도 할말이 없다.

특히나 고온 공정에 적합한 히터는 사실 지금도 어려움이 많은 것이 사실이다.

1. 그라파이트 히터는 어느 정도 고온(보통 500도 이상)에 가면 저항이 비례적으로 증가하기 시작하면서, 파워 대비 온도 변화 폭이 변하기 때문에(낮은 온도에서는 부특성 범위로 전류가 불안정하다. 오히려 고온에서 안정적인 전류의 정특성을 나타낸다.)  온도에 증가에 따른 제어 파라미터를 최적화 해주어야 한다. 일반적으로 컨트롤러로 PID 제어를 할 때, 온도 영역에 따라서 스텝으로 최적화 된 파라미터를 적용하여 낮은 온도에서는 최대한 천천히 상승시키는 것이 좋다.

 

2. 발열체의 저항이 낮기 때문에, 히터 전원은 대전류, 저전압이 필요하다. 이것은 진공장비에서 상당히 이점이 있는 것이다. 보통 고전압 히터(60V 이상)를 사용하면, 플라즈마 방전등의 문제가 발생하게 된다. 다만, 파워 서플라이의 크기가 커지는 문제가 있다.

고온 사용시에는 단상병열사용법이 좋다. 

3. 아무래도 강도면에서 문제가 있다. 충격에 취약하다. 저항을 높이기 위해 복잡한 가공이나, 두께를 얇게 하는 것은 피해야 한다.

 

4. 잘 깨지는 특성은 온도가 상승하면서, 발생하는 인장 응력으로 인한 파손을 발생 시키고, 특히 굴곡진 곳에서 발생하는 응력은 파손이나 아크 등의 문제를 발생시키는 경우가 많다. 히터의 구조 및 설치를 할 때 열에의한 팽창 및 수축에 자유롭게 구성되어야 한다.

 

5. 전류 단자 부분은 전기적 접촉이 매우 중요하며, 넓고 이상 발열이 생기지 않도록 해야 한다. 진공 장비에서는 아크등의 문제가 발생하게 된다.

 

6. 많은 부품을 사용하여 구성 하는 경우에는, 각각의 부품의 열팽창과 그에 따른 응력, 간격의 변화로 인한 이상발열, 풀림 현상(팽창 수축과 함께 회전현상도 있다. 전극 연결부분의 홀 크기를 여유롭게 하고, 세라믹피버등으로 충진하기도 한다.) 등을 고려해야 한다. 연결 선은 플렉시블한 편조선으로 연결하는 것이 좋다.

 

7. 최대 전류 밀도와 긴수명을 위해 50A/cm2 이하가 되도록 한다. 조건에 따라 약 200~300 A/cm2에서도 사용 가능하며, 최대 전류밀도는 500A/cm2 이하가 되어야 한다. 물론 이 조건은 제조사의 소결 온도와 방법에 따라 차이가 있는 것 같다.

 

8.  최대 표면 부하는 약  10W/cm2 이하가 되도록 해야 수명을 연장 할 수 있다. 조건에 따라 최대 50W/cm2 이하가 되어야 한다.

 

9. 단자의 위치와 연결 방법, 재질도 매우 중요하다.