• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.22 no.2
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• pp.45-54
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• 2013

The cryopump of the pulse tube type has been developed successfully, and manufacturing of a prototype pump is finished under leading of Woosung Vacuum. The target pumping speed of the prototype pump is above 3,600 L/s for nitrogen with the intake port of 14 inches I.D (16 inches O.D). For designing optimally the pump structure including the charcoal array, thermal shield, and baffle, the pumping speed was simulated for various configurations through Monte Carlo method. Pumping performances of the protype cryopump manufactured on the basis of optimal design were conformed experimentally with a standard test system and procedures. The measured $N_2$ pumping speed of the prototype cryopump was 4,600 L/s which agreed well with simulated one and exceeded the target value.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.12-12
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• 2010

첨단 공정이 필요한 반도체와 LCD, PDP, LED 등의 디스플레이 및 IT 부품을 제조하는데 필요한 장비의 고성능화와 작업환경의 고청정화에 따른 초고진공펌프의 수요 확대와 앞으로 전개될 한-미 FTA에 따른 시장 확대로 인해 크라이오펌프의 국산화가 시급한 실정이다. 고성능 크라이오펌프를 만들기 위해서는 냉각판을 극저온으로 냉각하기 위한 극저온 냉동기 개발도 중요하지만 냉각판(cryoarray)에 최대한 많은 분자를 포획시키는 것 또한 최우선적으로 고려되어야 할 사항 중 하나이다. 이에 본 논문은 크라이오펌프용 냉각판의 분자포획능력에 대하여 연구하였다. 해석에 이용한 냉각판은 현재 상용화된 모델들 중 원형 중앙판에 $45^{\circ}$ 하향 skirt가 달린 형태이며 8장의 냉각판이 일정한 간격을 두고 아래쪽으로 적층되어 있다. 냉각판의 분자포획능력의 해석은 형상계 수법(view factor method)을 이용해 수행하였다. 형상계수법은 크라이오펌프를 n개의 미소면적으로 구성된 밀폐된 공간으로 가정하고 각 미소면적요소의 온도와 흡착계수, 표면조건 그리고 분자유속이 일정하다는 조건을 이용해 분자유속에 관해 n개의 대수연립방정식을 얻고 이 대수연립방정식을 풀어 냉각판의 분자포획능력을 구한다. 해석에 이용한 냉각판의 기체분자포획능력이 구속된 형상에서 얼마나 우수한 가를 알아보기 위해 중앙판의 직경, 입구와 냉각판 사이의 거리, 그리고 각 냉각판 사이의 거리를 변화시켜가며 해석을 수행하고 그 결과를 비교, 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.242-242
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• 2013

현재 크라이오펌프의 주요 관심기술은 생산성 향상을 위한 급속 재생기술의 확보와 극저온 냉동기의 효율 향상 기술 및 저진동 기술의 확보이다. 크라이오펌프는 크게 냉동기 모듈과 펌프모듈로 구성되고, 냉동기 모듈은 주로 G-M 극저온 냉동기, Stirling 극저온 냉동기 또는 맥동관 극저온 냉동기 등을 사용하는데, 이것은 주로 압축기, 왕복기, 재생기, 구동장치 등으로 펌프모듈은 cryoarray와 펌프 body로 구성된다. 최근에 구조가 간단하고 장수명 및 저진동의 장점을 가진 맥동관 극저온 냉동기의 효율이 급속히 증가함에 따라 초전도, 액화 등의 분야에서 기존의 G-M 극저온 냉동기를 대체하는 추세이다. 본 연구에서는 지식경제부 제조기반산업원 천기술사업 "급속재생형 저진동 크라이오펌프 개발" 사업을 통해 급속 재생, 저진동, 고신뢰성 확보를 위해 기존의 G-M 극저온 냉동기를 맥동관 극저온 냉동기로 대체 적용 개발 및 국산화를 도모하고자 한다. 또한 상용화에 따른 공정 개발을 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.94-94
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• 2012

맥동관형 크라이오펌프 개발 2단계를 맞아 우성진공(유)을 중심으로 상용화 시제품 제작이 진행되고 있다. 최종 크라이오 펌프 개발품은 흡기구 직경(내경) 16.5 (14) 인치에 질소 배기속도 3,600 L/s를 목표로 하고 있다. 상용품 완성 전에 거쳐야 할 필수적인 시험과정으로 시제품의 공정대응성 현장평가를 위해 KAIST 나노팹에 개발품을 투입하는 프로그램이 계획되어 있어서 공정장치에 장착할 수 있도록 10인치 크라이오 펌프 제작이 추가로 진행되고 있다. 개발품의 성능확인은 우선 몬테카를로 계산을 통해 배기속도를 예측하고 구조설계를 최적화했으며 이를 바탕으로 가공 조립된 크라이오펌프 시제품의 성능을 표준화된 장치에서 표준화된 절차를 통해 평가하여 설계 목표값과 비교했다. 한편 개발품의 성능 수준을 상대적으로 규정하기 위해 기존 상용품들을 같은 방식을 따라 평가하여 성능을 서로 비교하는 작업을 수행했다. 10인치 모델로는 국산 Genesis HPM200, CTI-8 수직형 및 수평형 GM 크라이오 펌프를 성능 시험했으며 16.5인치 개발품의 유사모델로 CTI-12 GM 크라이오 펌프를 시험해서 비교했다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.12 no.2
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• pp.86-92
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• 2003

The pumping characteristics of a commercial UHV cryopump with a G-M refrigerator for various gases were investigated. The pumping speeds as a function of pumped amount of $H_2,\; D_2,\; He,\; Ar,\; N_2$, CO and the pumping capacity of $N_2$ were measured and the trend was theoretically analyzed. The spectrum change of the residual gas was also investigated during cyropump operation.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.119-119
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• 2013

5년 동안 진행된 고진공 펌프 개발 사업의 일환으로 맥동관형 냉동기에 활성탄 어레이를 장착한 흡기구 직경 14인치 국산 크라이오펌프 완제품이 만들어졌다. 이미 지난해에 완성한 시제품을 가지고 모든 배기성능시험을 완료하고 목표를 뛰어 넘는 성능을 가지고 있음을 입증하였지만 완제품의 경우는 현장에서 스퍼터링 공정에 대한 신뢰성과 열적 내구성 시험이 중요한 항목으로 대두되었다. 개발된 펌프를 생산 공정에 직접 투입하는 모험을 하지 않으면서도 신뢰성을 확보하는 방편으로 카이스트 나노종합팹 센터에서 가동중인 스퍼터링 장비에 완제품을 달고 기존 공정과 같은 방식으로 장치를 운영하면서 외제 상용품을 사용했을 때와 진공성능 및 공정수율을 비교하는 시험을 수행하였다. 또 내구성 시험 항목으로 열부하 시험과 열 사이클 시험을 수행하였다. 열부하 시험은 300도까지 온도를 올릴 수 있는 열판을 펌프 흡기구 배플 앞에 설치하여, 냉동기 2차 냉각단 온도가 20 K 이하로 유지될 수 있는 최대 허용 복사열을 측정하는 방식으로 진행되었으며 열 사이클 시험은 크라이오 펌프의 활성화 기능을 활용하여 완전 활성화(full regen., 10K-300K-10K) 과정을 10회 연속 시행하여 펌프의 배기성능과 기계적 이상 유무를 관찰하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.226-226
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• 2012

국산 크라이오 펌프를 개발하는 사업이 1단계 3년을 지나 올해 2단계에 접어들었다. 그동안 기계연을 중심으로 맥동관형 냉동기 개발에 주력하면서 저온성능 향상에서 큰 진전을 보였고 2단계에서는 우성진공의 주도하에 펌프의 상용화를 목표로 하고 있다. 펌프는 냉동기 뿐만 아니라 활성탄 어레이와 열차폐 및 배플이 잘 설계되어야 최적의 배기성능을 나타낼 수 있다. 우선은 펌프의 목표성능을 좀 더 구체화할 필요가 있고, 각 부품들의 상세한 형상결정에 앞서 개략적인 배치설계에 대해 성능을 예측하여 목표성능과 비교하고 설계를 수정하는 것을 반복하여 전반적으로 구조설계의 최적화를 완성하는 것이 급선무이다. 본 발표에서는 이런 구조설계 최적화 작업의 처음 결과와 개발중인 크라이오 펌프의 최종 성능 목표치에 대해 소개한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.98.1-98.1
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• 2015

G-M극저온냉동기의 구동으로 인해 발생되는 크라이오 펌프의 진동 저감을 위해 각 요소에 해당하는 부품의 소재 및 모델 변경으로 설계에 반영하고자 한다. G-M극저온냉동기는 헬륨냉매를 사용하여 2개의 정압과정과 2개의 정적과정으로 구성되는 냉동사이클을 구성하는데, 구조적 특성상 내부 왕복기의 운동과 고저압변환에 따른 압력차이가 냉동기의 진동을 유발하므로 진공성능에 영향을 줄 수 있으므로, 이를 최소화하는 기술 개발이 필요하다. 헬륨냉매의 고압 유동에 따른 관로 압력증가로 인한 유동소음이 발생하는데, 이로 인한 소음을 줄이기 위해 관로의 최적화 설계/방진구조반영(DAMPER)으로 진동 안정화(Vibration Stabilization)설계를 수행 하고자 하며, 이에 따른 최적화 연구을 수행하고자 한다. 일차적으로, 기존 시스템의 진동측정을 통해 진동의 가진원을 밝히고 진동 전달경로를 파악하고자한다. 진동 가진원의 가진 최소화, 진동전달경로의 전달률 최소화, 고압유동에 따른 관로 설계 최적화를 진동해석, 탄성체 동역학해석, 그리고 유동해석을 통해 진동 및 소음의 최소화 방안을 도출하고자 한다. 해석결과를 토대로 진동가진원의 최소화를 위한 제품설계변경과 진동전달경로에 대한 방진을 위한 dmper 적용(전달률 최소화) 및 유동소음 최소화를 위한 damper나 관로 최적화 설계를 수행한다. 상기 기존시스템 측정/분석, CAE해석을 통한 진동/소음의 최적화방안도출 및 실제품 적용기술은 저진동 크라이오펌프 개발을 위한 기반 기술 확립에 크게 기여할것이며, 향후 크라이오펌프 고도화 및 최신 기술 제품 개발에 큰 기여가 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2009.02a
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• pp.211.1-211.1
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• 2009

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.14-14
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• 2010

현재 국내에서는 산학연이 힘을 합쳐 성능 면에서 탁월하고 가장 실용적인 고진공펌프로서 터보분자 펌프와 크라이오 펌프를 선택하여 국산화를 추진 중이다. 진공 펌프의 성공적인 개발은 당연히 핵심 부품들을 얼마나 정교하게 잘 만들고, 전체 시스템을 얼마나 유기적으로 잘 구성하는지에 달려있지만, 펌프 개발과정을 효율적으로 진행시키고 공식적으로 제품 개발을 완결하기 위해서는 필연적으로 성능평가 시스템 기술개발이 병행되어야 한다. 이것은 펌프의 상용화 성공여부가 결국 객관적인 성능입증이 관건이고 이는 보편적인 규정을 따라 만들어진 평가장치를 사용하고 올바른 평가절차를 거쳐서 이루어져야 되기 때문이다. 이런 이유로 표준연과 기기유화연 및 원연은 각각 터보분자 펌프와 크라이오 펌프의 종합 운전특성 평가 시스템을 개발 중에 있다. 이곳에서는 먼저 크라이오 펌프의 작동특성 및 이에 따른 성능평가지표에 대해 개관하고, 또 현재까지 진행된 크라이오 펌프 성능평가 시스템 구성 및 평가절차에 대해 정리하며, 끝으로 올해 제작된 운전성능 평가 장치의 시운전 결과에 대해 보고한다.