다이아몬드상 카본필름의 응용


다이아몬드상 카본 (DLC) 필름은 매우 독특한 물성의 조합으로 가진 재료이다. DLC 필름은 높은 경도와 내마모성을 가지면서도 윤활성이 매우 좋으며, IR 영역에서의 높은 광투과성, 전기 절연성, 탄소결합의 화학적 안정성으로 인한 우수한 이형성, 내응착성 등을 함께 가지고 있다. 또한, 탄소나 수소로 이루어져 낮은 밀도를 가지면서도 탄성계수가 매우 높다는 특징을 가지고 있다. 따라서, 2 가지 이상의 특성을 동시에 활용하는 경우가 응용의 대부분을 차지한다. 한 예로서 적외선 광학창에의 응용에서는 DLC 필름의 광투과성, 2 근처의 refractive index, 그리고 기계적 강도 및 내 erosion 특성들이 활용되고 있다. 이와 같이 TiN 등 다른 경질박막에 비해 다이아몬드상 카본 필름이 가지고 있는 고유한 장점은 필름의 물성이 독특한 조합을 이루고 있다는 점이다.

한편, 합성기술의 관점에서 다이아몬드상 카본필름은 다음과 같은 중요한 장점들을 가지고 있다.

  • 매우 낮은 합성온도에서 합성된다는 점 (< 200oC)
  • 코팅필름의 표면이 매우 평활하다는 점 (rms < 1nm)
  • 필름의 물성이 넓은 범위에 걸쳐 있다는 점

이러한 합성 기술상의 장점은 정밀 금형이나 자기기록 소자의 보호코팅, 광학 시스템의 코팅등을 가능케 한다. 좌측의 그림은 이러한 응용의 예를 보여주는 사진들이다. 2000년 현재 국내에서는 VCR head drum 및 head, 전자총 조립공구, IC packaging 용 금형 및 각종 공치구, IR window 등에서 적용되고 있으며, 세계적으로는 sunglass, hard disk 및 slider, VCR tape, 인공관절등 생체대체재료 그리고 면도기등에 적용되고 있다. 이외에도 매우 광범위한 산업분야에서의 응용기술 개발이 진행되고 있으며, 이러한 관점에서 Ford Research Center, Mike Tamor 박사의 아래 언급은 시사하는 바가 크다.

    "Although inferior to diamond in many aspects, and generally less fashionable both to researchers and the popular press, diamond-like carbon films may be of greater economic importance in the long term." (J. Appl. Phys., 76 (1994) 3823)

그러나, DLC 필름은 필름의 압축잔류응력이 높고, 이종기판과의 접합력이 떨어지며, 열적 안정성이 나쁘다는 단점들을 가지고 있다. DLC 필름의 응용은 이러한 한계의 극복을 통해 이루어져 왔다. 특히, 구조 및 공구 금형 재료로서 가장 널리 활용되고 있는 철계 재료의 기판에서 접착력이 나쁘다는 문제는 이 재료의 응용분야를 확대하기 위해 반드시 해결되어야 할 문제이다.

아래의 표 1은 DLC 필름의 물성에 따른 응용분야를 정리한 것이다.

표 1. 다이아몬드상 카본필름의 물성에 따른 응용분야
 

DLC의 물성

기판의 재질

상대재

응용분야

내마모성

고윤활성

이형성

내응착성

공구 및 금형강

스텐레스강

세라믹스

연질금속

- IC packaging용 form die 및 trimming die

- 전자부품 성형 금형

알루미늄

- 펀치, Cutter등

에폭시 콤파운드

- IC packaging용 EMC mold

人毛

- 면도칼

폴리머 및 유리

- 플레스금형

WC 초경합금

에폭시 및 동

- PCB용 microdrill

흑연

- 흑연가공드릴

알루미늄합금

자기테이프

- VCR Head Drum

- Tape

자성층

페라이트 헤드

- Digital 자기 테이프

탄소강

각종 금속

- 자동차 엔진부품

- 베어링, 콤프레서 베인등 섭동부품

- 섬유기계 guide 부품

내마모성 고윤활성

내식성

황동합금

페라이트

자기기록층

- 자기헤드

광투과성

내식성

내 erosion 특성

Ge등 IR 광학재

Dust, Sand

- CO2 laser용 광학부품

- 야시장비 광학창

가시광학유리

Dust, Sand

- 선글라스

- Laser Scan Window

색깔

내마모성

스텐레스강

-

- 장신구류

내식성

내스퍼터성

반도체소자

-

- IC 공정의 이온에칭 마스크

저밀도

고 탄성계수

Ti

-

- 스피커 다이아프램

Piezoelectric

Al

-

- Surface Acoustic Wave Filter

내마모성

생체친화성

Ti

Polymer

- 인공관절

체액

- 인공치아, 인공심장


Last update : 2000. 11. 23