KR100705911B1 - 전자파 차폐용 전도성 실리콘 페이스트 조성물 및 이로부터 제조된 전자파 차폐용 가스켓 - Google Patents

전자파 차폐용 전도성 실리콘 페이스트 조성물 및 이로부터 제조된 전자파 차폐용 가스켓 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도전성 실리콘 페이스트 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (a)전도성 입자(filler), (b)상온 수분 경화형 실리콘 수지(RTV 수지), 및 (c)실록산계 올리고머를 포함하는 디스펜싱이 가능한 전도성 실리콘 페이스트 조성물 및 이로부터 제조된 전자파 차폐용 가스켓에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 유기용매로서 방향족 유기용매가 아닌 선형 또는 환형구조의 실록산계 올리고머를 용매 대신 사용하기 때문에, 방향족 유기용매가 사용자에게 주는 불쾌감, 유해성 등의 문제가 발생되지 않는다.
실록산계 올리고머, 불쾌감, 방향족 유기용매, 유해성, 고전도성, 페이스트, 실리콘, 도전입자, 상온 수분 경화, 전자파차폐, 가스켓

Description

전자파 차폐용 전도성 실리콘 페이스트 조성물 및 이로부터 제조된 전자파 차폐용 가스켓{CONDUCTIVE SILICONE PASTE COMPOSITION FOR EMI SHIELD AND THE EMI SHIELD GASKET PREPARED THEREBY}
본 발명은 전자파 차폐용 전도성 실리콘 페이스트 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (a)전도성 입자(filler), (b)상온 수분 경화형 실리콘 수지(RTV 수지), 및 (c)실록산계 올리고머를 포함하는 디스펜싱이 가능한 전자파 차폐용 전도성 실리콘 페이스트 조성물 및 이로부터 제조된 전자파 차폐용 가스켓에 관한 것이다.
정보화 사회에 살고 있는 현대인에게 있어 각종 전자기기의 사용은 필수이며 이에 따라 필연적으로 발생하는 전자파에 노출되기 마련이다. 전자파는 인체에 유해할 뿐 아니라, 사용되는 전자 기기들 간의 간섭을 일으켜 노이즈 발생 및 오작동을 유발하는 만큼 이의 차폐에 대한 필요성이 대두되어 왔으며, 현재 거의 대부분의 전자기기에 있어 회로 측면에서의 전자파 발생 억제의 노력이 지속적으로 이어지고 있다.
또한, 제품 및 회로를 보호하는 케이스(CASE) 측면에서는 케이스 내면에 전 기 전도성 물질을 코팅함으로써 전자기기 내외부적으로 전자파로부터의 영향을 최소화하려는 노력이 시도되어져 왔다. 그러나, 이러한 케이스는 여러 파트(예를 들어, 휴대폰의 경우 프론트 파트(FRONT PART), 리어 파트(REAR PART), 쉴드 캔(SHIELD CAN)으로 구성되며, 이들 파트들 조립시 리브(RIB)와 리브간의 틈새(GAP)가 필연적으로 발생함으로 인해 전자파 유입 및 유출의 경로를 제공하는 문제가 발생하게 된다.
이 문제를 해결하기 위해 각 파트의 리브간의 갭을 메워 실링하기 위한 방법으로서 핑거 스트립방식을 채택하여 사용하였으나, 과다한 수작업에 의한 작업성 저하 및 비용증가, 고주파수 대역에서의 전자파 차폐 성능 미달로 인하여 새로운 방식을 모색하게 되었고, 이를 충족시키는 방법으로서 현장 성형 방식(FORM IN PLACE)이 채택되어 널리 이용되고 있다.
이 방식은 상온 습기 경화형 전도성 페이스트를 현장에서 로봇을 이용하여 디스펜싱한 후 상온(25~40℃)에서 수분에(상대습도 40~90%) 의해 경화시켜 가스켓을 형성시키는 방법이다. 특히 휴대전화, 기타 휴대용 전자장비 등의 크기가 날로 작아짐에 따라 리브의 폭이 좁아지고 있으며 이에 따라 그 위에 디스펜싱 되는 가스켓의 선폭도 줄어들고 있다. 가스켓의 선폭을 줄이기 위해 노즐의 직경이 줄어들어 현재 국내 휴대폰 생산업체에서는 0.5~0.6mm가 선호되고 있는데, 이는 용액의 점도가 높아서는 불가능하다.
용액의 점도를 조절하기 위해 전도성 페이스트 제조사에서는 은, 구리, 니켈, 은으로 코팅된 구리(SILVER-COATED COPPER), 은으로 코팅된 니켈, 은으로 코 팅된 그래파이트, 은으로 코팅된 글라스 등의 전도성 입자를 상온 경화형 실리콘 수지에 분산시킬 때 톨루엔, 자일렌과 같은 방향족 유기용매를 1중량% 내지 10중량%를 혼합하여 점도의 과도한 증가를 방지하고 있으나, 이러한 방향족 용매는 방향족 특유의 향기를 발생시켜 작업자의 불쾌감을 일으키며, 장기간 노출시 호흡기 장애나 태아의 기형과 같은 유해성을 나타낼 수도 있다고 보고되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 인체에 유해한 것으로 알려진 톨루엔, 자일렌과 같은 방향족 유기용매를 사용하는 대신 실리콘 수지의 용매로서 실록산계 올리고머를 사용하여 전기전도성 실리콘 페이스트를 제조함으로써 일차적으로 사용자가 느낄수 있는 불쾌감을 줄이고, 더 나아가 장기 노출시 발생할 수 있는 유해성을 차단하는 것을 목적으로 한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 하나의 양상은 (a)전도성 입자(filler), (b)상온 수분 경화형 실리콘 수지(RTV 수지), 및 (c)실록산계 올리고머를 포함하는 디스펜싱이 가능한 전자파 차폐용 전도성 실리콘 페이스트 조성물에 관한 것이다.
본 발명에서는 전도성을 부여하기 위해 전도성 입자를 첨가한다. 상기 전도성 입자로는 은, 구리, 니켈, 은으로 코팅된 구리(SILVER-COATED COPPER), 은으로 코팅된 니켈, 니켈로 코팅된 구리, 니켈로 코팅된 그래파이트, 니켈로 코팅된 글라스, 은으로 코팅된 그래파이트 또는 은으로 코팅된 글라스를 예로 들 수 있다. 또한, 본 발명에 사용된 전도성 입자의 평균 입도는 10~100㎛의 범위인 것이 바람직하다.
본 발명의 페이스트 조성물은 상기 전도성 입자를 전체 조성물에 대해 20~90중량부를 포함하고, 보다 바람직하게는 30~90중량부를 포함한다. 전도성 입자를 20중량부 미만으로 사용하면 전도도가 너무 낮아져 전자파 차폐 용도로 사용할 수 없는 문제가 있으며, 90중량부를 초과하여 사용하는 경우에는 전도도는 우수하게 되나, 바인더 함량이 줄어들어 원하는 접착성을 얻을 수 없을 뿐 아니라 분체 함량 과다에 따른 분산성 저하를 초래하고, 경제성이 떨어지기 때문에 적합하지 않다.
본 발명에서는 접착성을 부여하고, 상온에서의 수분 경화를 위해 상온 수분 경화형 실리콘 수지를 첨가한다. 상기 상온 수분 경화형 실리콘 수지로는 실리콘 수지, 촉매, 크로스링커 등이 일액형으로 혼합되어져 상업적으로 판매되는 것으로서, 구체적으로 신예츠(Shin-Etsu)사, 다우코닝(Dow Corning)사, 지이(GE)사, 록타이트사(Loctite), 왁커(WACKER)사의 탈옥심형, 탈아민형, 탈초산형, 탈알콜형 일액형 실리콘 수지를 예로 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 페이스트 조성물은 상기 수분 경화형 실리콘 수지를 전체 조성물에 대해 10~80중량부를 포함하고, 보다 바람직하게는 20~70중량부를 포함한다. 상기 수분 경화형 실리콘 수지가 10중량부 미만이면, 기질에 대한 접착력이 저하되고, 80중량부를 초과하면 전기 전도성을 저해하여 전자파 차폐 성능을 나타내지 못 하게 된다.
또한, 사용된 실리콘 수지는 점도는 9,000 ~ 1,000,000cps인 것이 바람직하다. 실리콘 수지의 점도가 9,000cps 미만인 경우 왁스를 첨가하더라도 비중이 높은 도전 입자가 가라앉는 침전 현상이 나타나는 한편 디스펜싱된 가스켓이 형상을 유지하지 못하고 퍼지는 경향이 있으며, 1,000,000cps를 초과하는 경우 실리콘 페이스트 점도가 너무 높아 디스펜싱되지 못하기 때문이다.
한편, 실리콘 수지의 주성분은 폴리디메틸실록산으로 이에 대한 용매는 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등의 방향족 유기용매와 클로로포름, 카본테트라클로라이드, 에틸아세테이트, 부타논, 퍼클로로에틸렌, 디에틸 에테르 등이 알려져 있다. 이들 중 벤젠, 클로로포름, 카본테트라클로라이드 등은 발암물질 혹은 발암추정 물질로 분류되어 있으며 부타논, 에틸아세테이트, 디에텔 에테르 등은 특유의 자극적인 향기 때문에 사용이 어려워 대부분의 전기전도성 실리콘 페이스트는 톨루엔이나 자일렌을 용매로 사용하고 있으나 톨루엔, 자일렌과 같은 방향족 유기용매는 방향족 특유의 향기를 발생시켜 사용자의 불쾌감을 일으키며 장기간 노출시 호흡기 장애나 태아의 기형과 같은 유해성을 나타낼 수도 있다고 보고되고 있다.
본 발명은 방향족 용매의 대체물로 실록산계 올리고머를 특징적으로 첨가한다. 상기 실록산계 올리고머는 점도 조절 및 경화 속도 조절의 역할을 하고, 무색, 무취의 특성을 가진다. 상기 실록산계 올리고머의 첨가량은 0.1 내지 20 중량부인 것이 바람직하다.
실록산계 올리고머는 실리콘 수지의 주성분인 폴리디메틸실록산과 그 화학적 구조가 동일하지만 사슬(chain)의 길이가 짧고, 이러한 이유로 실리콘 수지와 화학적 친화성을 나타내어 용매로서 작용한다. 구체적으로, 실록산계 올리고머는 디메틸실리콘옥사이드 단위체가 2개로 이루어진 헥사메틸디실록산(hexamethyldisiloxane), 단위체가 3개로 이루어진 옥타메틸트리실록산(octamethyltrisiloxane) 및 헥사메틸사이클로실록산(hexamethylcyclosiloxane), 단위체가 4개인 데카메틸테트라실록산(decamethyltetra- siloxane) 및 옥타메틸사이클로테트라실록산(octamethylcyclotetrasiloxane)로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 단위체가 3개 이상인 경우, 선형 구조와 환형 구조가 모두 가능하기 때문에 두 종류 이상의 구조식을 가진다. 단위체의 개수가 증가할수록 용매의 끓는점이 높아져 단위체가 5개인 올리고머의 경우 상온에서 증발되기가 어려워 본 발명의 전도성 실리콘 페이스트 제조에 사용하기 어렵다.
이들 실록산계 올리고머는 한 종류 분자만 순물질로 사용할 수 있으나 원하는 점도 및 증발 속도 조절을 위해 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다. 구체적으로, 아크로스(Acros), 알파-애저(Alfa-Aesar), 란카스터(Lancaster)사의 시약급으로부터 다우코닝(Dow Corning)사, 지이 실리콘(GE Silicones)사의 상품명 OS-10 Fluids, OS-20 Fluids, OS-30 Fluids, SF1173, SF1204 등을 예로 들 수 있다.
상기 실록산계 올리고머는 일부 실리콘 수지 합성시 자연적으로 제품 내에 포함될 수 있으나, 본 발명과 같이 의도적으로 투입한 경우와 비교하면 그 양은 미미하다. 한편 실록산계 올리고머와 상기의 유기용매를 혼용함으로써 방향족 유기용매의 유해성을 줄일 수도 있다.
본 발명의 상기 조성물에는 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 공지의 각종 첨가제, 예를 들면, 틱소(Thixo)제, 분산조제, 안정화제 및 유기용매 등으로 이루어진 군에서 선택된 첨가제를 전체 조성물 100중량부에 대해 0.03~10 중량부 첨가할 수 있다.
본 발명의 다른 양상은 상기 전도성 실리콘 페이스트 조성물로부터 제조된 전자파 차폐용 가스켓에 관한 것이다. 본 발명의 전자파 차폐용 가스켓에서, 방향족 용매 대신 상기 실록산계 올리고머 용매를 사용하는 것을 제외하고는 전자파 차폐용 가스켓을 제작하기 위하여 특별한 장치나 방법을 필요로 하지 않으며, 통상의 가스켓의 제작방법에 따라 제작할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예 1~3
하기 실시예 및 비교예에서 전도성 입자로는 은으로 코팅된 구리(Ag-Cu)를 사용하였으며, 상온 수분 경화형 실리콘 수지로는 와커 실리콘(Wacker Silicone)사의 탈옥심형 수지인 엘라토실(Elastosil) N10 제품을 사용하였다. 실록산 올리고머로는 다우코팅(Dow Corning)사의 OS-10 Fluid, OS-20 Fluid, 및 지이-실리콘(GE-silicones)사의 SF-1173를 단독 사용 또는 혼용하여 점도를 조절하였다. 우선 0.3중량%의 흄드 실리카와 4.7중량%의 용매를 용기에 넣은 후 상온 수분 경화형 실 리콘 수지를 30중량% 첨가하여 핸드믹싱으로 10분간 예비 교반하여 균일 용액을 제조하였다. 여기에 전도성 입자로 은으로 코팅된 구리 65중량%를 첨가하여 다시 한 번 핸드믹싱으로 균일한 전도성 실리콘 페이스트 조성물을 제조하였다.
실시예 4
실록산 올리고머로는 지이-실리콘(GE-silicones)사의 SF-1173를 사용하고, 1.7중량%의 톨루엔 용매를 사용한 것 외에는 상기 실시예 1~3과 같은 방법으로 전도성 실리콘 페이스트 조성물을 제조하였다.
비교예 1~2
용매로서 톨루엔과 자일렌을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1-3과 동일하게 실시하였다.
상술한 성분들을 사용하여 하기 표 1에 기재된 조성에 따라 전도성 실리콘 페이스트 조성물을 제조하였다.
표 1
Figure 112005040283118-pat00001
실시예 1~4 및 비교예 1~2: 가스켓의 제조 및 물성평가
상기 실시예 1~3 및 비교예 1~2에서 제조된 각각의 전도성 실리콘 페이스트 조성물들을 알콜로 깨끗이 세척한 폴리카보네이트 기질위에 디스펜싱하였다. 디스펜싱 조건은 0.6mm 내경의 노즐을 사용하여 사출 직후 가스켓의 길이가 10cm, 폭 0.6mm가 되도록 토출압을 조절하여 디스펜싱한 후 25℃ 상온, 습도 40~50RH%의 조건에서 경화시켜 가스켓을 형성하였다. 전도성 페이스트의 점도는 토출압을 측정하여 평가하였고 전도성 페이스트의 경화속도를 평가하기 위해 페이스트의 표면에 점착성이 사라지는 시점인 지촉 건조시간을 측정하였다. 경화된 가스켓의 전기전도도를 확인하기 위해 플러크(Fluke)사의 멀티미터를 사용하여 경화물 10cm 길이에 대한 선저항을 측정하여 평가하였고 접착상태를 확인하기 위해 경화물 1cm를 측면 에서 힘을 주어 떨어뜨리는 힘을 이마다(IMADA)사의 힘 측정기(Force Gauge)를 이용해 측정하였다.
표 2
Figure 112005040283118-pat00002
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 전자파 차폐용 전도성 실리콘 페이스트 조성물은 방향족 유기용매 대신 디메틸실록산 올리고머를 사용함으로써 기존 물성에 큰 영향없이 향기로 인한 사용자의 불쾌감, 유해 가능성을 줄일 수 있다. 또한 디메틸실록산 올리고머를 동일량 사용시 기존 방향족 유기용매보다 낮은 토출압과 선저항을 보임으로써, 용매로서의 역할 뿐만 아니라 분산조제의 역할도 겸하는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. (a) 전도성 입자, (b) 상온 수분 경화형 실리콘 수지, 및 (c) 실록산계 올리고머를 포함하는 전도성 실리콘 페이스트 조성물로서, 상기 수분 경화형 실리콘 수지가 탈옥심형, 탈아민형, 탈초산형 및 탈알콜형으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 전도성 실리콘 페이스트 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 실록산계 올리고머가 디메틸실리콘옥사이드 단위체 2개로 이루어진 헥사메틸디실록산(hexamethyldisiloxane), 단위체가 3개로 이루어진 옥타메틸트리실록산(octamethyltrisiloxane) 및 헥사메틸사이클로실록산(hexamethyl cyclosiloxane), 단위체가 4개인 데카메틸테트라실록산(decamethyltetra-siloxane) 및 옥타메틸사이클로테트라실록산(octamethylcyclotetrasiloxane)로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 전도성 실리콘 페이스트 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 조성물이 전체 조성물에 대해
    (a) 전도성 입자 20 ~ 90중량부;
    (b) 상온 수분 경화형 실리콘 수지 10 ~ 80중량부; 및
    (c) 실록산계 올리고머 0.1 ~ 20중량부
    를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 전자파 차폐용 전도성 실리콘 페이스트 조성물.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물에 첨가제로서 틱소(Thixo)제, 분산조제, 안정화제 및 유기용매로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 추가로 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 전도성 실리콘 페이스트 조성물.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물에 방향족 유기용매가 추가로 더 포함된 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 전도성 실리콘 페이스트 조성물.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 전도성 입자가 은, 구리, 니켈, 은으로 코팅된 구리(SILVER-COATED COPPER), 은으로 코팅된 니켈, 니켈로 코팅된 구리, 니켈로 코팅된 그래파이트, 니켈로 코팅된 글라스, 은으로 코팅된 그래파이트 및 은으로 코팅된 글라스로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 전도성 실리콘 페이스트 조성물.
  7. 삭제
  8. 제 1항의 전자파 차폐용 전도성 실리콘 페이스트 조성물로부터 제조된 전자파 차폐용 가스켓.
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