마이크로웨이브 전원장치(Microwave Power Supply/Generator)

마이크로웨이브 전원장치(Microwave Power Supply/Generator

 

1. 작동 원리 (Principle)

마이크로웨이브 전원장치는 가정용 전자레인지와 유사한 원리를 사용하지만, 훨씬 정밀하고 강력한 에너지를 제어합니다.

• 에너지 변환: 상용 전원(AC)을 고압의 직류(DC)로 변환한 후, 마그네트론(Magnetron) 또는 반도체 소자(Solid-state)를 통해 초고주파(일반적으로 2.45GHz) 전자기파로 변환합니다.
• 가스 전리: 생성된 마이크로웨이브가 반응기 내의 아르곤(Ar) 등 공정 가스에 입사되면, 가스 분자의 전자를 가속시켜 충돌 이온화를 일으킵니다.
• 플라즈마 유지: 저진공 상태에서는 기체 분자 간의 거리가 적당하여 전자들이 충분한 에너지를 얻을 수 있으므로, 고밀도의 안정적인 플라즈마 상태가 지속됩니다.

2. 장치의 구조 (Structure)

이 전원장치는 단순히 전기를 공급하는 유닛뿐만 아니라, 에너지를 전달하고 보호하는 시스템으로 구성됩니다.

• 마이크로웨이브 발생기(Generator): 고전압 전원장치와 마그네트론 헤드를 포함하며 에너지를 생성합니다.
• 도파관(Waveguide): 생성된 마이크로웨이브를 손실 없이 플라즈마 반응기(토치)까지 유도하는 금속 통로입니다.
• 아이솔레이터(Isolator): 반응기에서 반사되어 돌아오는 마이크로웨이브로부터 발생기를 보호하는 '일방통행' 장치입니다.
• 튜너(Tuner): 임피던스를 정밀하게 조절하여 마이크로웨이브 에너지가 플라즈마에 최대로 흡수되도록 최적화합니다.

3. 주요 기능 및 특징 (Functions & Features)

• 균일한 에너지 밀도: 저진공 환경에 최적화되어 플라즈마 단면이 비어 있지 않고 꽉 찬 상태로 유지되어 분말 코팅의 균일도를 극대화합니다.
• 에너지 효율: 전력 효율이 약 70% 이상으로 높고, 전극이 없는 '무전극 방식'이라 전극 오염 없이 고순도 공정이 가능합니다.
• 정밀 제어 시스템: RS-485 또는 Analog 인터페이스를 통해 출력(Watt)을 실시간으로 미세 조정하여 코팅 두께와 질감을 조절합니다.

4. 시장 가격대 (Estimated Price)

연구용 및 산업용 마이크로웨이브 전원 시스템은 출력과 정밀도에 따라 가격 차이가 매우 큽니다. (산업용 기준 추정치)

구분	사양 (출력)	예상 가격대 (세트 기준)	비고
보급형/실험용	1kW ~ 1.5kW	약 1,000만 원 ~ 2,000만 원	주로 기초 연구용
산업용 표준형	2kW ~ 3kW	약 3,000만 원 ~ 6,000만 원
고출력/하이엔드	6kW 이상	1억 원 이상	대형 반도체 양산 라인용

> 참고: 위 가격은 발생기, 도파관, 튜너 등을 포함한 시스템 전체 가격이며, 브랜드와 커스터마이징 여부에 따라 상이할 수 있습니다.

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플라즈마 용 마이크로 웨이브 장치의 주요 특징 및 장점

• 균일한 플라즈마 반응: 대기압 마이크로웨이브 플라즈마는 보통 도넛 모양으로 생성되어 분말 반응이 불균일하지만, 이 저진공 발생원은 플라즈마 단면이 균일하게 가득 차 있어 반응률과 재현성이 매우 뛰어납니다.
• 장시간 내구성 (이중 냉각 구조): 새로운 냉각 구조(이중 냉각부 및 토출부 추가 냉각)를 도입하여,  고전력 조건에서도 장 시간 이상 연속 동작이 가능할 만큼 내구성이 확보되었습니다.
• 분말 처리 효율: 플라즈마를 통과하는 분말이 하전 입자와 충돌하면서 뭉침 없이 이송되고, 수분이 제거되어 증착률이 높아집니다.
• 독창성: AD 노즐 없이도 분말을 가속하여 코팅할 수 있는 신기술로, 현재까지 보고된 바 없는 독창적인 원천 기술입니다.

3. 기존 기술과의 비교

구분	APS (대기압)	AD (에어로졸)	KFE 저진공 마이크로웨이브
코팅 두께	두꺼움 (후막 가능)	얇음 (30μm 이하 한계)	두꺼움 (후막 가능)
막질(치밀도)	낮음 (공극 발생)	매우 높음	높음 (치밀함)
공정 제어	보통	어려움	매우 우수 (재현성 높음)

4. 주요 활용 분야 및 기대 효과

• 반도체/디스플레이: 식각 장비 부품의 세라믹 코팅(알루미나 등)에 적용하여 부품의 내구성을 높이고 국산화를 가능하게 합니다.
• 2차 전지: 분말의 표면 처리 및 코팅 공정에 활용 가능합니다.
• 환경 기술: 저진공 상태의 플라즈마 젯을 활용하여 난분해성 가스를 분해하는 스크러버나 배관 클리닝 장치로도 응용할 수 있습니다.