KR100825418B1 - 케이스 외관의 정전기 방지용 박막 및 그 제조방법 - Google Patents

케이스 외관의 정전기 방지용 박막 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동 통신 단말기를 비롯한 전자제품 기기용 기구물 위에 코팅하여 메탈 색상을 구현함과 아울러, 정전기 방지 역할을 수행하는 정전기 방지용 박막과 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외관에 원소주기율표상의 3B족원소를 2 이상 혼합하여 박막층을 형성함으로써, 증착 또는 도금하거나 미러 판넬로 가공한 메탈 색상 재질의 전도성 외장물을 갖는 전기 기기에서 정전기의 침투로 인해 이동통신 단말기의 내부 회로가 파손되는 것을 막고, 최근 이동통신 단말기의 고집적화 및 슬림화에 따라 안테나가 단말기 내부에 설치되는 인테나 방식으로 제조됨에 따른 수신주파수의 왜곡, 수신감도 및 수신율의 저하를 방지하기 위한 효과적인 정전기 방지용 박막에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 이동통신 단말기를 비롯한 전자기기의 케이스 외관에 전달되는 정전기를 종래의 전도성 금속이 아닌, 원소주기율표 상의 3B족 원소로 이루어진 혼합물질로서 메탈색상 박막층을 형성함으로써, 메탈 색상 발현 효과를 위한 메탈 고유의 색상을 보유하면서도, 우수한 정전기 방지 효과를 발휘할 수 있다.
메탈색상, 정전기방지, ESD방지막, 코스퍼터링, 3B족원소

Description

케이스 외관의 정전기 방지용 박막 및 그 제조방법{ANTI-ELECTROSTATIC THIN FILM FOR CASE OF ELECTRONIC PRODUCT AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 이동 통신 단말기를 비롯한 전자제품 기기용 기구물 위에 코팅하여 메탈 색상을 구현함과 아울러, 정전기 방지 역할을 수행하는 정전기 방지용 박막과 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외관에 원소주기율표상의 3B족원소를 2 이상 혼합하여 박막층을 형성함으로써, 증착 또는 도금하거나 미러 판넬로 가공한 메탈 색상 재질의 전도성 외장물을 갖는 전기 기기에서 정전기의 침투로 인해 이동통신 단말기의 내부 회로가 파손되는 것을 막고, 최근 이동통신 단말기의 고집적화 및 슬림화에 따라 안테나가 단말기 내부에 설치되는 인테나 방식으로 제조됨에 따른 수신주파수의 왜곡, 수신감도 및 수신율의 저하를 방지하기 위한 효과적인 정전기 방지용 박막에 관한 것이다.
최근, 전자제품의 외관을 미려하게 하기 위하여 전자제품의 케이스로써 사용되는 아크릴이나 폴리카보네이트 기판에 알루미늄이나 크롬·니켈 등을 증착시켜 메탈 색상을 나타냄으로써, 디지털 제품의 디자인을 향상시키는 재질이 상용화되고 있다.
본 발명이 속하는 기술분야는 상기 전자제품의 외관을 미려하게 하기 위해 금속 등의 박막을 전자제품의 케이스에 증착시키는 방법 및 그로 인해 제조된 박막에 관련된 기술분야이다.
그러나, 상기와 같은 미러 재질은 표면이 알루미늄과 같은 전도성 재질이기 때문에, 정전기 또는 정전기 방전(electro-static discharge; ESD)에 취약한 문제점이 있다.
일반적으로 이동통신 단말기 등의 전자제품 기기(이하 '단말기'로 약칭한다.)의 제조과정 중에는 해당 단말기의 성능을 검사하기 위한 각종 테스트가 있다. 이러한 단말기의 테스트 중에는 정전기 방전 테스트가 있는데, 상기 정전기 방전 테스트는 정전기를 인위적으로 발생시켜 단말기에 침투시킴으로써, 단말기에 미치는 영향을 측정하는 테스트이다.
상기의 정전기 방전 테스트에는 비접촉방식과 접촉방식이 있는데, 비접촉방식은 단말기로부터 일정거리 이격된 위치에서 정전기를 단말기에 침투시키는 방식이고, 접촉방식은 단말기의 외면에 직접 정전기를 침투시키는 방식이다.
이때, 단말기로 침투시키는 정전기의 전압은 통상 최대치를 20kv로 볼 때, 접촉방식은 8 내지 10kv이내이고, 비접촉방식은 10 내지 15kv의 전압을 침투시킨다. 이러한 정전기는 한 점을 선택하여 침투시켜도 일정방향으로 침투하지 않고, 주변 부품의 영향을 받아 침투경로가 변화할 수 있으므로, 정전기를 외부로 방출시 키거나 소멸시키는 것이 어렵다. 또한 침투되는 정전기는 어느 한 점에 뭉쳐 있다가 동시 다발적으로 확산되는 경우가 빈번하기 때문에 정전기 방전 테스트 시에 단말기 곳곳의 부품이 영향을 받을 수 있다. 이렇게 단말기의 서브 및 메인 윈도우를 통과하여 서브 및 메인 액정표시부에 침투되는 정전기는 단말기의 액정 표시부에 치명적인 손상을 주기도 한다. 따라서, 정전기 침투시 각종 회로부품의 성능마비와 주요 칩들에 손상을 입히게 되는 경우가 발생하여 경제적 손실을 초래한다.
또한, 이동통신 단말기의 슬림화 추세에 따라 안테나가 인테나 방식으로 단말기 내부에 설치되고 있어 안테나 수신부 근처에 전도성을 가지고 있는 단말기 부품의 사용이 되면 수신주파수의 왜곡에 의해 수신감도 및 수신율의 저하가 초래된다. 특히 알루미늄이나, 크롬, 니켈 등의 전도성 물질을 포함하는 메탈 색상을 나타내는 재질에 이를 적용함에 있어서는 더욱 정전기 방지 효과를 얻기 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위해 종래에는 각종 방전용 테이프를 상기 서브 및 메인 액정표시부 주변에 부착하여 사용해 왔으며 이 방전용 테이프의 가격이 고가이어서 생산비를 증가시키는 문제점이 있다. 그리고 단말기 하우징의 내면과 액정표시부 모듈 사이에 그라운딩 시트를 부착하여 정전기를 방지하기도 하였다. 또 다른 방법은 단말기 내부의 각종 부품이 실장된 인쇄회로 기판에 정전기로부터 부품들을 보호하기 위한 각종 소자(TVS 다이오드나 바리스터 등), 기기 케이스에 전자파 차페 (electromagnetic interference;EMI)도료, 기타 보호테입(Shield Tape) 및 그라운드 구조가 형성되게 하는 방법이 사용되었다.
이와 같은 방법은 설계상 정전기 차단에 효과적일 수 있지만, 기기 내부 회로에 주로 적용했던 방식이라 기기 내부로 유입되기 전에 정전기를 차단하는 방식에 비하면 정전기 차단에 대한 효과가 저하되었다. 이에 따라, 외부로부터 초래되는 정전기를 차단하는 데에는 한계가 있으며, 각종 도전성 테이프를 사용함에 있어 공간적, 경제적 제약이 따르는 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 이동통신 단말기 외장부품에 전도성을 가진 케이스, 키패드, 키탑, 버튼 등의 사용되어 왔으나 슬림화 추세에 따라 인테나 개념의 안테나가 주종을 이루게 되어 수신주파수의 왜곡을 초래하는 전도성을 가진 부품의 사용은 불가능하다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 특허공개공보 제2007-55호에서는 이동 통신 단말기 및 전자제품 외장부품에 비전도(non-conductive) 박막을 형성함과 아울러 미러 효과를 나타내기 위하여, 광학설계를 통해 케이스 또는 기구물의 전면에 다층막 메탈 색상의 박막을 형성하는 방법을 제시하였다.
상기 비전도 박막 형성방법은 진공도가 3×10-5torr로써 높은 진공도 환경 하에서 작업을 수행하는 전자빔 진공증착법(e-beam evaporation)을 사용하기 때문에, 대상물의 정면에만 박막을 형성할 수 밖에 없다. 따라서 2차원 형상의 시트 또는 기구물에만 국한되어 사용되며, 박막형성 시간이 오래 걸린다는 단점을 갖는다. 또한, 양산 적용시에 동일한 색상을 구현하는데 어려움을 겪게 된다.
3차원 기구물에 메탈 색상 박막을 형성하기 위해서 대한민국 등록특허 제 753656호에서는 주석(Sn)-인듐(In) 합금을 이용하여 스퍼터링 증착법으로써 수 MΩ-m 영역의 비저항 값을 갖도록 하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기 방법에 의하면, 전기적 특성 중 비저항 값이 수 MΩ-m 영역 이상의 효과를 나타내지 못하며, 박막의 두께를 1,000Å 이하로 한정하였기 때문에, 상기 박막 두께가 1,000Å 이상이 되면, 비저항 값이 더욱 낮아져서 수KΩ 영역까지 나오게 되고, 반사율도 낮아져서 메탈 질감이 확연히 떨어지게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 2차원 및 3차원 형상의 기구물 모두에 미러 효과를 나타내기 위한 박막 형성이 가능하며, 짧은 생산 공정으로 높은 수율의 케이스 외관의 정전기 방지용 박막의 제조방법을 제공하는데에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 수 GΩ-m 영역의 완전 절연의 비저항 값을 가지며, 동시에 그 밖의 우수한 전기적 특성을 갖는 케이스 외관의 정전기 방지용 박막을 제공하는데에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 최근 이동통신 단말기의 고집적화 및 슬림화에 따라 안테나가 단말기 내부에 설치되는 인테나 방식으로 제조됨에 따른 수신주파수의 왜곡, 수신감도 및 수신율의 저하를 방지하기 위한 효과적인 정전기 방지용 박막을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 전자빔 진공증착법, 스퍼터링법, 진공증착법 등 모든 물리적 증착방법을 적용할 수 있는 케이스 외관의 정전기 방지용 박막 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 광학적 특성에 있어서, 고반사율의 박막을 형성하여 메탈질감을 적절하게 구현할 수 있는 케이스 외관의 정전기 방지용 박막을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명에 의한 케이스 외관의 정전기 방지용 박막은, 전자 기기용 2차원 또는 3차원 형상의 케이스 기구물 위에 코팅된 정전기 방지용 박막에 있어서, 자외선 경화성 수지 조성물로 이루어진 적어도 하나의 수지코팅층과 원소주기율표상의 3B족 원소인 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl) 중 적어도 2개의 원소로 이루어진 메탈색상 박막층을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 수지코팅층은 하도코팅층, 중도코팅층 및 상도코팅층이 순차적으로 적층되어 이루어지며, 상기 하도코팅층과 중도코팅층 사이에 상기 메탈색상 박막층이 개재되어 이루어진 것이 정전기 특성 발휘를 위해 바람직하다.
또한, 상기 중도코팅층을 이루는 자외선 경화성 수지 조성물은 광투과형 색상안료를 더 포함하는 것이 메탈의 질감을 가장 잘 표현하면서 정전기 방지 특성을 발휘하기 위하여 가장 바람직한 실시예이다.
또한, 상기 케이스 외관의 정전기 방지용 박막의 비저항 값은 1GΩ-m 이상이며, 가시광선 영역에서의 반사율은 65 내지 90%인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메탈색상 박막층은 인듐(In) 및 인듐을 제외한 상기 3B족 원소 중 적어도 하나가 혼합되어 이루어지며, 상기 인듐 및 상기 인듐을 제외한 3B족 원소 중 적어도 하나의 원소의 혼합비율은 인듐 100중량%에 대하여 상기 인듐을 제외한 3B족 원소 중 적어도 하나의 원소가 1 내지 50중량%인 것이 가장 바람직한 절연특성 및 신뢰성을 보이기 위하여 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 케이스 외관의 정전기 방지용 박막의 제조방법은, 합성수지 또는 유리섬유로 이루어진 전자제품 기기용 2차원 또는 3차원 형상의 케이스 기구물 위에 코팅하는 정전기 방지용 박막의 제조방법에 있어서, 상기 케이스 기구물 위에 자외선 수지조성물로써 적어도 하나의 수지코팅층을 코팅하는 수지코팅층 코팅단계와; 원소주기율표상의 3B족 원소인 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl) 중 적어도 2개의 원소로 이루어진 메탈색상 박막층을 형성하는 메탈색상 박막층 형성단계를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 케이스 외관의 정전기 방지용 박막의 제조방법은, 상기 케이스 기구물 위에 자외선 경화성 수지 조성물로써 하도코팅층을 코팅하고 자외선으로써 상기 자외선 경화성 수지 조성물을 경화하는 하도코팅층 형성단계와; 상기 하도코팅층 위에 상기 메탈색상 박막층을 형성하는 메탈색상 박막층 형성단계와; 상기 메탈색상 박막층 위에 자외선 경화성 수지 조성물로써 중도코팅층를 코팅하여 자외선으로써 상기 자외선 경화성 수지 조성물을 경화하는 중도코팅층 형성단계와; 상기 중도코팅층 위에 자외선 경화성 수지 조성물로 이루어진 상도코팅층을 코팅하고 자외선으로써 상기 자외선 경화성 수지 조성물을 경화하는 상도코팅층 형성단계를 포함하는 것이 정전기 방지 특성을 발휘하기 위하여 바람직한 실시예이다.
또한, 상기 중도코팅층을 이루는 자외선 수지 조성물은 광투과형 색상안료를 더 포함하는 것이 메탈의 질감을 가장 잘 표현하기 위하여 바람직하다.
또한, 상기 메탈색상 박막층 형성단계는 진공증착법, 이온도금법, 스퍼터링법 중 어느 하나의 물리적 증착방법으로 수행하는 것이 밀착력이 강한 박막층을 형 성하기 위하여 바람직하다.
또한, 상기 메탈색상 박막층은 인듐(In) 및 인듐을 제외한 상기 3B족 원소 중 적어도 하나가 혼합되어 이루어지며, 상기 인듐 및 상기 인듐을 제외한 3B족 원소 중 적어도 하나의 원소의 혼합비율은 인듐 100중량%에 대하여 상기 인듐을 제외한 3B족 원소 중 적어도 하나의 원소가 1 내지 50중량%인 것이 가장 바람직한 절연특성 및 신뢰성을 보이기 위하여 바람직하다.
또한, 상기 메탈색상 박막층 형성단계는 상기 3B족 원소 중 적어도 2개의 원소로 이루어진 단일의 합금타겟을 사용하여 스퍼터링법에 의하여 수행되거나, 적어도 2개의 스퍼터링 건 각각에 상기 3B족 원소 중 어느 하나씩을 장착하여 코스퍼터링법에 의하여 수행되는 것이 스퍼터링 건의 파워를 자유롭게 조절함으로써 신속한 공정과 정확한 함량을 형성하기 위하여 바람직하다.
본 발명에 의한 케이스 외관의 정전기 방지용 박막 및 그 제조방법에 따르면, 이동통신 단말기를 비롯한 전자기기의 케이스 외관에 전달되는 정전기를 종래의 전도성 금속이 아닌, 원소주기율표 상의 3B족 원소로 이루어진 혼합물질로서 메탈색상 박막층을 형성함으로써, 메탈 고유의 색상을 보유하면서도, 우수한 정전기 방지 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전자빔 진공증착법, 스퍼터링법, 진공증착법 등 모든 물리적 증착방법을 적용할 수 있는 케이스 외관의 정전기 방지용 박막 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 박막의 두께를 1,000Å 이상으로 형성한 경우라도, 비저항 값을 수 GΩ-m로 유지하여 완전 절연이 가능하고, 가시광선 영역에서의 반사율은 65 내지 90% 범위의 고반사 특성을 보유하여 메탈 질감을 적절하게 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 이동통신용 단말기의 안테나가 인테나 방식으로 제조됨에 따른 수신주파수의 왜곡, 수신감도 및 수신율의 저하를 방지하기 위한 효과적인 정전기 방지용 박막을 제공할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의한 케이스 외관의 정전기 방지용 박막 및 그 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 케이스 외관의 정전기 방지용 박막을 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 케이스 외관의 정전기 방지용 박막(100)은, 케이스 외관을 이루는 2차원 또는 3차원 형상의 시트 혹은 기구물(A) 상에 하도코팅층(1), 중도코팅층(2), 상도코팅층(3)이 순차적으로 적층되어 이루어진 수지코팅층(10)과, 하도코팅층(1) 및 중도코팅층(2) 사이에 메탈색상 박막층(20)이 개재되어 이루어진다.
상기 기구물(A)은 유리 또는 폴리카보네이트(PC), 아크릴, 우레탄 및 PMMA 등의 합성수지로 이루어진다.
이하, 본 발명에 의한 케이스 외관의 정전기 방지용 박막(100)을 이루는 상기 구성 각각에 대하여 설명하기로 한다.
1. 수지코팅층(10)
상기 수지코팅층(10)을 이루는 하도코팅층(1) 내지 상도코팅층(3) 각각은 자외선 경화성 수지를 주성분으로 하는 자외선 경화형 수지 조성물이 코팅되어 경화되어 형성된다.
하도코팅층(1) 내지 상도코팅층(3)로 나누어지는 각각의 개별 코팅층은 모두 자외선 경화성 수지를 주성분으로 한 조성물이 코팅된 것으로서 유사하지만, 그 각각의 코팅층의 특성에 맞도록 세부적인 성분의 함량 및 코팅 방식 등의 공정조건을 조절함으로써 특징 지어지고, 구별된다.
(1) 하도코팅층(1)
일반적으로, 기구물(A)에 바로 메탈색상 박막층(20)을 형성하는 경우에는 밀착력에 문제가 생길 여지가 크다. 따라서, 밀착력을 강화함과 아울러, 메탈색상 박막층(20)이 매끄러운 표면 위에 증착되게 하여 광택의 느낌을 갖게 하던지, 표면에 임의적인 반사감을 주게 하던지 하기 위하여 기구물(A) 상에 메탈색상 박막층(20)을 형성하기 전에 미리 하도코팅층(1)을 코팅한다.
(2) 중도코팅층(2)
중도코팅층(2)은 하도코팅층(1)과 메탈색상 박막층(20)과의 밀착력을 강화하며, 메탈 색상의 미러 효과를 부여하기 위하여 적용한다. 중도코팅층(2)은 후술하는 상도코팅층(3)의 경우보다는 다소 얇게 코팅하는 것이 바람직하며, 중도코팅층(2)을 이루는 자외선 경화형 수지 조성물에 광투과형 색상안료를 추가하여 다양한 색상을 구현함으로써, 메탈 질감을 극대화시키는 효과를 낼 수도 있다.
즉, 중도코팅층(2)은 하도코팅층(1) 및 상도코팅층(3)과 동일한 구성을 갖는 자외선 경화형 수지 조성물을 사용하여 메탈 색상의 미러 효과를 부여할 수도 있고, 상기 자외선 경화형 수지 조성물에 광투과형 색상 안료를 더 포함하여 다양한 색상을 구현함으로써 광택효과를 극대화할 수도 있다.
상기 광투과형 색상 안료가 포함된 경우, 광투과형 색상 안료가 자체 색상을 내지는 못하고, 중도코팅층(2)의 하부에 형성되는 메탈색상 박막층(20)에서 반사되어 나오는 빛에 의하여 구현되는 '메탈 색상'이 더욱 선명한 광택(gloss) 효과를 발생시키는 역할을 한다.
(3) 상도코팅층(3)
상도코팅층(3)은 본 발명에 의한 케이스 외관의 정전기 방지용 박막(100) 표면에 항온항습 특성과 표면 경도 등의 신뢰성을 부여하기 위하여 적용된다.
즉, 상기 광투과형 색상 안료가 포함된 중도코팅층(2)를 최상층으로 하여 표면처리를 하는 경우에는 상기 광투과형 색상 안료의 존재로 인해, 고온 다습의 환경에서 또는 자외선을 조사할 경우에 색상의 변색이 일어나거나, 표면경도가 저하되는 등의 문제점이 있기 때문에, 상기 문제점을 방지하기 위하여 최상층에는 광투 과형 색상 안료가 포함되지 아니한 자외선 경화성 수지 조성물로써 상도코팅층(3)을 형성하는 것이다.
(4) 자외선 경화성 수지 조성물
앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 자외선 경화성 수지 조성물은 자외선 경화성 수지를 주성분으로 하며, 여기에 광개시제, 레벨링제, 분산용매 등의 주지의 첨가제가 포함될 수 있다.
상기 자외선 경화성 수지로는 불포화 폴리에스테르 수지, 다관능 아크릴레이트 수지, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴 수지, 에폭시 아크릴레이트 수지 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 경화성수지는 동일한 작용 효과를 나타낸다면 그 범위가 나열된 수지에 한정되지 않음은 물론이다.
본 발명에서 사용되는 자외선 경화성 수지는 고경도, 투명성 등의 특성을 얻기 위하여 자외선 경화성 다관능기 아크릴레이트계 수지를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 자외선 경화성 다관능기 아크릴레이트계 수지는 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트(dipentaerythritol hexaacrylte), 테트라메틸올메탄 테트라아크릴레이트(tetramethylolmethane tetraacrylate), 테트라메틸올메탄 트리아크렐레이트(tetramethylolmethane triacrylate), 트리메탄올프로판 트리아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate), 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-hexanediol diacrylate), 1,6-비스(3-아크릴오일옥시-2-하이드록시프로필옥시)헥산[1,6-bis(3-acryloyloxy-2-hydroxypropyl)hexane] 등과 같은 다관능기 알콜 유도 체, 폴리에틸렌 글라이콜 디아크릴레이트(polyethylene glycol diacrylate)와 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(pentaerythritol triacrylate)와 같은 우레탄 아크릴레이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 우레탄 선행고분자(hexamethylene diisocyanate urethane prepolymer) 등이 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
여기서, 상기 하도코팅층(1) 내지 상도코팅층(3)이 순차적으로 적층되어 이루어진 수지코팅층(10)과 메탈색상 박막층(20)으로 이루어진 적층 구조는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 예시한 것일 뿐이며, 본 발명은 상기 실시예에 의하여 제한 해석되지 아니한다.
수지코팅층(10)으로써 적어도 하나의 자외선 수지조성물이 적층되어 형성되고, 메탈색상 박막층(20)이 더 포함된 형태라면 무방하고, 특정한 적층구조로 한정되지 아니한다.
2. 메탈색상 박막층(20)
메탈색상 박막층(20)은 본 발명의 기술적 특징에 해당된다. 상기 기술적 특징은 원소주기율표상의 3B족 원소 중 2가지 이상의 성분을 합금하거나, 각각의 원소를 혼합하여 물리적 증착 방법으로 박막을 형성함으로써 메탈 색상을 구현하면서도 니켈, 크롬 등의 물질의 단점인 정전기 방지 능력을 보완하여 완전 절연인 수 GΩ 영역의 비저항 값을 갖는 것이 가능토록 한 것이다.
여기서, 상기 3B족 원소는 원자번호 5이며 원자량 10.81인 붕소(B), 원자번호 13이며 원자량 26.98의 알루미늄(Al), 원자번호 31이며 원자량 69.72의 갈 륨(Ga), 원자번호 49이며 원자량 114.81의 인듐(In), 원자번호 81이며 원자량 204.38의 탈륨(Tl)이 이에 해당된다.
3B족의 원소들은 실리콘(Si), 주석(Sn), 비소(As) 등의 4족이나 5족의 원자에 비하여 상대적으로 무른 특성이 있는 반면에, 전기적으로 높은 비저항 값을 가지며, 특히 수차례 시험 결과, 상기 3B족 원소 2개나 3개를 합금 처리함으로서 상기 3B족 원소의 단점이었던 무른 특성을 제거할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 상기 3B족 원소들은 4B족이나 5B족의 원자에 비하여 염수분무 특성, 내알칼리 특성, 항온항습 특성 등 이동통신 및 전자제품에 요구되는 특성에 있어서 우수한 면을 보였다.
특히, 앞서 메탈 색상을 나타내기 위해 시도되었던 4B족 원소 중의 주석(Sn)의 경우, 이를 정전기 방지용 박막에 적용시킬 때에는 현실적으로 신뢰성 시험에 통과되지 못하는 경우가 많으며, 정전기 방지 특성의 기준이 되는 비저항 값에 있어서도 수 MΩ-m 영역 대의 값을 보이는데 그치고 있는바, ESD 시험에도 불량 판정을 받는 경우가 많다. 또한 주석-인듐 합금 역시 주석 원자가 스퍼터링 타겟에 함유되어 있기 때문에 비전도 특성엔 안정적이지 못하였다.
또한, 상기 주석은 메탈 색상을 구현함에 있어서도 가시광선 영역 내에서의 반사율이 60%에 불과하며, 반사색을 구현할 때 노란색이 가미된 색상이 발현됨으로써 메탈 질감을 충분히 표현함에 부족한 단점이 있었다.
이러한 단점을 해결하기 위하여 상기 3B족 원소 간의 합금을 통하여 이를 해결한 것이다.
다음으로, 앞서 살펴본 본 발명에 의한 케이스 외관의 정전기 방지용 박막의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 케이스 외관의 정전기 방지용 박막의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 케이스 외관의 정전기 방지용 박막의 제조방법은 하도코팅층 형성단계(S10), 메탈색상 박막층 형성단계(S20), 중도코팅층 형성단계(S30), 상도코팅층 형성단계(S40)로 이루어진다.
하도코팅층 형성단계(S10)는 합성수지 또는 유리 재질로써 2차원 또는 3차원 형상으로 제조된 시트 또는 기구물의 표면에 자외선 경화성 수지 조성물을 코팅하는 단계이다. 코팅 헤드는 마이크로 그라비어, 그라비어, 다이, 캡, 콤마, 나이프, 스프레이, 스핀 코팅 등을 조성물의 특성에 따라 적절하게 선택하여 이용할 수 있다. 본 발명에서는 스프레이 코팅 방식에 의하여 상기 코팅을 수행하는 것이 바람직하며, 이 점은 중도코팅층 형성단계(S30) 및 상도 코팅층 형성단계(S40)에서도 마찬가지이다.
상기 하도코팅층(1)의 코팅이 마무리되면, 형성된 코팅층을 건조하고, 자외선 조사에 의하여 경화함으로써 하도코팅층 코팅단계(S10)를 마무리한다.
메탈색상 박막층 형성단계(S20)는 상기 하도코팅층 형성단계(S10)에 의하여 형성된 하도코팅층(1) 상에 전자빔 진공증착법(e-beam evaporation), 이온도금법(ion-plating), 스퍼터링법 등의 물리적 증착방법이나 화학적 증착방법(CVD)을 활용하여 원소주기율표상의 3B족 원소 중 적어도 2개를 혼합한 물질을 증착시키는 단계이다.
본 발명과 같이 메탈 색상의 재질을 구현하는 경우에는 화학적 증착방법보다는 물리적 증착방법에 의하는 것이 일반적이며, 그 중에서도 본 발명에서는 전자빔 진공증착법과 스퍼터링법에 의하여 박막 증착을 수행하는 것이 바람직하다.
종래의 박막 증착은 앞서 살펴본 바와 같이, 스퍼터링 또는 전자빔 진공증착법 중 어느 하나에 의해 수행됨으로써 박막 두께를 정밀하게 조절하도록 하였으나, 본 발명에 의한 정전기 방지용 박막은 그 두께가 어느 정도(1,000Å) 이상 두꺼워져도 절연 특성 발현에 큰 영향이 없도록 구성되었는 바, 스퍼터링, 진공증착법, 이온도금법 중 어떠한 방법을 사용하여도 무방하다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 이러한 메탈색상 박막층 형성단계(S20)는 전처리단계(S21)와 증착단계(S22)로 이루어진다.
전처리단계(S21)는 하도코팅층(1)의 표면상에 박막을 증착하는데 있어 밀착력을 향상시키기 위하여 수행되는 것이며, 이를 생략할 수도 있으나, 하도코팅층(1)과 메탈색상 박막층(20) 간의 밀착력을 향상시키기 위해 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예로서, 전자빔 진공증착법과 스퍼터링법에 의한 메탈색상 박막층 형성단계(S20)를 순차적으로 살펴보기로 한다.
전자빔 진공증착법(e- beam evaporation )
본 발명의 메탈색상 박막층 형성단계(S20)의 일 실시예로써 진공증착법에 의한 방법은 도 3에 도시된 진공증착기(200)를 통하여 수행된다.
상기 진공증착기(200)는 피증착물을 장착하는 회전가능한 돔(210)과, 아르곤 산소 등의 기체를 공급하는 가스유량조절기(220), 이온빔(230), 할로겐히터(240), 소재반입도가니(250), 전자빔(260)을 포함하여 이루어진다.
전처리단계(S21)는 먼저, 표면에 하도코팅층(1)이 형성된 기구물(A)를 도 3에 도시된 진공증착기(200)의 회전가능한 돔(210)에 위치시키되, 그 표면상에 유착된 이물질을 중성세제, 탈이온수, 알콜 등을 이용하여 초음파 방식으로 세척하고, 필요에 따라서는 질소가스를 이용하여 수분을 제거한다.
이후에, 진공증착기(200)의 내부 진공 압력이 4.5×10-5torr 이하가 되도록 배기시킨 후, 상기 기구물(A)의 잔류 수분을 제거하고 기구물(A)에 형성된 하도코팅층(1)과 메탈색상 박막층(20) 간의 밀착력을 향상시키기 위해 가스유량조절기(220)를 통해 혼합된 아르곤(Ar)과 산소(O2)를 이온빔(230)에 공급한 후, 상기 기구물(A) 상에 형성된 하도코팅층(1)을 에칭한다.
이때, 진공증착기(200)의 내부온도는 할로겐히터(240)을 통해 80℃ 전후로 유지하며, 이온빔(230)의 전위는 약 150V, 전류는 약 900mA가 되도록 한다. 상기의 전처리단계(S21)는 약 3분가량 수행하는 것이 기구물(A)의 변형을 방지하기 위하여 바람직하다.
증착단계(S22)는 상기 3B족 원소인 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인 듐(In), 탈륨(Tl) 중 적어도 2개 이상의 원소 각각을 별도의 소재반입도가니(250)에 장입하고 전자빔(260)을 조사하여 불순물 및 수분을 제거시키는 이른바 소크(Soak) 과정을 거친 후, 진공증착기(200)의 내부 진공도가 3.8×10-5torr가 된 상태에서 상기 3B족 원소들이 소정 속도로 회전가능한 돔(210)에 장착된 기구물(A)의 하도코팅층(1)상에 증착된다.
이때, 진공증착기(200)의 내부온도는 할로겐히터(240)을 통해 80℃ 전후로 유지하며, 3B족 원소의 증착속도는 약 3.0 내지 8.0Å/sec로, 전자빔(260)의 ACC전압(ACC Voltage)은 7.5kV로 유지시키는 것이 바람직하나, 이는 제조공정에 따른 다양한 변수들에 의해 변동되는바, 본 발명이 상기 수치에 한정되는 것이 아니다.
스퍼터링법
상기 진공증착법은 기구물(A)의 형상이 2차원 형상인 경우에는 곧잘 적용될 수 있으나, 3차원 형상의 기구물(A)에는 적용되기 어려운 문제점이 있다. 이것은 진공증착법을 활용할 경우, 증착이 피증착물의 상면에만 적용할 수 있기 때문에 측면 증착을 필요로 하는 3차원 기구물에는 적용되기 어렵기 때문이다.따라서, 3차원 형상의 기구물(A)의 표면에 증착을 하는 경우에는 스퍼터링법을 사용하는 것이 바람직하다.
스퍼터링법에 의한 메탈색상 박막층 형성단계(S20)는 하도코팅층(1) 위에 상기 3B족 원소 중 적어도 2개를 합금하여 형성된 단일 합금 타겟을 이용한 스퍼터링 법을 사용하거나 적어도 2개의 스퍼터링 건 각각에 상기 3B족 원소 중 어느 하나씩을 장착하여 코스퍼터링(co-sputtering)법을 활용하여 메탈색상 박막층(20)을 형성함으로써 수행된다.
본 발명에서는 통상의 스퍼터링 방식에 의하여 메탈색상 박막층 형성단계(S20)를 수행할 수도 있으나, 각각의 3B족 원소를 둘 이상의 스퍼터링 건 또는 타겟을 장착하여 상기 각각의 스퍼터링 건의 파워를 조절함으로써 메탈색상 박막층(20)의 조성을 용이하고 다양하게 조절할 수 있는 코스퍼터링법(co-sputtering)을 사용하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로써 코스퍼터링법에 의한 방법에 사용되는 스퍼터링장치(300)를 나타낸 도면이다.
스퍼터링장치(300)는 진공챔버(310), 가스주입구(320), 회전드럼(330), 고분자기판(340), 전원공급기(350), 타겟(360), 플라즈마층(370), 구동모터(380), 진공펌프(390)를 포함하여 이루어진다.
상기 도 4에 도시된 스퍼터링장치(300)는 스퍼터링건 또는 전원공급기(350) 및 타겟(360)을 2개를 사용하며, 각각의 타겟(360)에 상기 3B족 원소 각각이 설치되거나, 각각의 타겟(360)에 상기 3B족 원소 중 적어도 2 이상이 혼합된 합금을 설치하여 증착을 수행하는 코스퍼터링법을 적용할 수 있는 장치이다.
상기 스퍼터링장치(300)를 사용한 메탈색상 박막층 형성단계(S20)는 진공펌프(390)에 의하여 진공분위기를 형성한 진공챔버(310) 내부로 가스주입구(320)에 의하여 스퍼터링 가스를 주입하여 플라즈마층(370)을 형성시킨 후, 회전드럼(330) 내에 장착된 상기 플라즈마층(370) 내의 입자를 성막하고자 하는 타겟(360) 물질, 즉 상기 3B족 원소에 충돌시켜 이 충돌에 의해 타겟(360)으로부터 분리된 물질을 고분자기판(340)에 코팅시킴으로써 수행된다.
일반적으로, 스퍼터링 가스는 불활성 가스인 아르곤(Ar)을 사용한다. 스퍼터링장치(300)는 타겟(360)을 음극(cathode)으로 사용하고, 고분자기판(340)을 양극(anode)으로 사용한다. 전원을 인가하면 주입된 스퍼터링 가스는 음극인 타겟(360)으로부터 방출된 전자와 충돌하여 이온화(Ar+)되고, 이 이온들은 음극인 타겟(360)으로 끌려서 타겟과 충돌한다.
이 충돌에 의해 이온들이 지니고 있던 에너지는 타겟(360)으로 전이되고, 타겟물질의 원자, 분자 등이 진공챔버(310) 내부로 방출되며, 이렇게 방출된 타겟물질이 고분자기판(340) 위에 메탈 색상 박막층(20)으로 형성되는 것이다.
본 발명에서는 2개의 타겟물질을 사용하기 때문에 적어도 2개 이상의 원소가 혼합되어 이루어진 메탈 생상 박막층(20)을 형성하게 된다.
이 과정에서 각각의 타겟(360)의 전원공급기(350)의 파워를 조절함으로써 메탈색상 박막층(20)의 조성을 용이하고 다양하게 조절할 수 있다.
메탈색상 박막층 형성단계(S20)를 수행하고나서 형성된 메탈색상 박막층(20) 위에 중도코팅층(2) 및 상도코팅층(3)으로써 자외선 경화성 수지 조성물을 순차적으로 적층하고 적층된 자외선 경화성 수지 조성물을 건조 및 경화하여 중도코팅층 형성단계(S30) 및 상도코팅층 형성단계(S40)를 수행한다.
앞서 살펴본 바와 같이, 중도코팅층 형성단계(S30)에서는 상기 자외선 수지 조성물에 광투과형 색상 안료를 더 포함하여 중도코팅층(2)을 형성한다.
실험예
본 발명에서는 실험예로서, 상기 코스퍼터링법을 사용하여 제1타겟(360a)에는 인듐(In)을, 제2타겟(360b)에는 알루미늄(Al)을 장착하고, 스퍼터링장치(300)의 내부진공도를 3×10-5torr로 하여 펌핑을 수행한 후, 산소 또는 아르곤 가스를 주입하여 내부 진공도를 약 3×10-3torr로 유지시킨 상태에서 하도코팅층(1)을 형성한 기구물(A)으로서의 고분자기판(340)상에 상기 두 개의 전원공급기(350)의 파워를 서로 달리하면서 동시에 작동시켜 메탈색상 박막층(20)을 형성하고, 중도코팅층(2) 및 상도코팅층(3)을 코팅하여 정전기 방지용 박막(100)을 제조하였다.
상기 실험 결과, 제1타겟(360a)에 의해 형성된 인듐과 제2타겟(360b)에 의해 형성된 알루미늄의 중량비가 인듐 100중량% 대비 알루미늄 1 내지 50중량%, 보다 바람직하게는 인듐 100중량% 대비 알루미늄 12% 내지 35중량%인 경우에 비저항 값이 수GΩ-m 영역의 가장 우수한 절연특성을 보이고, 그 밖에 신뢰성 평가기준인 투과 및 반사율 측정, 표면경도 측정, 항온항습 신뢰성 평가, 염수분무 신뢰성 평가 등에서 우수한 결과를 나타내었다.
상기 특성은 인듐을 제1타겟(360a)에 장착하여 호스트로 하고, 상기 3B족 원소 중 다른 원소들을 단독 또는 혼합한 물질을 제2타겟(360b)에 장착하여 함께 코 스퍼터링한 경우에도 유사한 결과를 보인다.
도 5는 상기 실험예에 의한 케이스 외관의 정전기 방지용 박막(굵은 실선)과, 각각 알루미늄 단독으로 박막을 형성한 경우(가는 실선), Ni 단독으로 박막을 형성한 경우(점선), 종래의 니켈 합금을 이용하여 박막을 형성한 경우(일점쇄선)에 있어서의 가시광선 영역에서의 반사율을 나타낸 그래프이다.
상기 그래프에서, 수평축은 빛의 파장(nm)을 나타낸 것이며, 수직축은 그에 따른 반사율(%)를 나타낸 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실험예에 의한 케이스 외관의 정전기 방지용 박막의 반사율은 알루미늄 단독으로 박막을 형성한 경우(90% 이상)보다는 그 반사율이 낮지만, 75 내지 80% 수준의 반사율을 보임으로써, 종래의 박막(45 내지 50%)이나, 니켈 단독으로 박막을 형성한 경우(55 내지 65%)보다는 높은 반사율 특성을 보인다. 본 발명에 의한 케이스 외관의 정전기 방지용 박막(100)에 대하여 여러번의 실험을 실시한 결과, 상기 반사율은 65 내지 90%의 범위에서 나타남을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명에 의한 케이스 외관의 정전기 방지용 박막(100)을 사용함으로써, 상기 고반사 특성을 보유하기 때문에, 메탈 질감을 적절하게 구현할 수 있다.
이상, 본 발명을 구성을 중심으로 실시예와 비교예를 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나 본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 한정되는 것은 아니라 첨부된 특허청구범위내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 가능한 다양한 변형 가능한 범위까지 본 발명의 청구범위기저의 범위 내에 있는 것으로 본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 케이스 외관의 정전기 방지용 박막을 나타낸 단면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 케이스 외관의 정전기 방지용 박막의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도
도 3은 본 발명의 일 실시예로써 진공증착법에 의한 방법을 수행하기 위하여 사용되는 진공증착기를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예로써 코스퍼터링법에 의한 방법을 수행하기 위하여 사용되는 스퍼터링장치를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 실험예 및 비교예에 의한 박막의 가시광선 영역에서의 반사율을 비교한 그래프
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
1: 하도코팅층 2: 중도코팅층
3: 상도코팅층 10: 수지코팅층
20: 메탈색상 박막층 100: 케이스 외관의 정전기 방지용 박막
200: 진공증착기 210: 회전가능한 돔
220: 가스유량조절기 230: 이온빔
240: 할로겐히터 250: 소재반입도가니
260: 전자빔 300: 스퍼터링장치
310: 진공챔버 320: 가스주입구
330: 회전드럼 340: 고분자기판
350: 전원공급기 360: 타겟
370: 플라즈마층 380: 구동모터
390: 진공펌프

Claims (11)

  1. 전자 기기용 2차원 또는 3차원 형상의 케이스 기구물 위에 코팅된 정전기 방지용 박막에 있어서,
    자외선 경화성 수지 조성물로 이루어진 적어도 하나의 수지코팅층과 원소주기율표상의 3B족 원소인 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl) 중 적어도 2개의 원소로 이루어진 메탈색상 박막층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 케이스 외관의 정전기 방지용 박막.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수지코팅층은 하도코팅층, 중도코팅층 및 상도코팅층이 순차적으로 적층되어 이루어지며, 상기 하도코팅층과 중도코팅층 사이에 상기 메탈색상 박막층이 개재되어 이루어진 것을 특징으로 하는 케이스 외관의 정전기 방지용 박막.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중도코팅층을 이루는 자외선 경화성 수지 조성물은 광투과형 색상안료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 케이스 외관의 정전기 방지용 박막.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 케이스 외관의 정전기 방지용 박막의 비저항 값은 1GΩ-m 이상이며, 가 시광선 영역에서의 반사율은 65 내지 90%인 것을 특징으로 하는 케이스 외관의 정전기 방지용 박막.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메탈색상 박막층은 인듐(In) 및 인듐을 제외한 상기 3B족 원소 중 적어도 하나가 혼합되어 이루어지며, 상기 인듐 및 상기 인듐을 제외한 3B족 원소 중 적어도 하나의 원소의 혼합비율은 인듐 100중량%에 대하여 상기 인듐을 제외한 3B족 원소 중 적어도 하나의 원소가 1 내지 50중량%인 것을 특징으로 하는 케이스 외관의 정전기 방지용 박막.
  6. 합성수지 또는 유리섬유로 이루어진 전자제품 기기용 2차원 또는 3차원 형상의 케이스 기구물 위에 코팅하는 정전기 방지용 박막의 제조방법에 있어서,
    상기 케이스 기구물 위에 자외선 수지조성물로써 적어도 하나의 수지코팅층을 코팅하는 수지코팅층 코팅단계와;
    원소주기율표상의 3B족 원소인 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl) 중 적어도 2개의 원소로 이루어진 메탈색상 박막층을 형성하는 메탈색상 박막층 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이스 외관의 정전기 방지용 박막의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 케이스 외관의 정전기 방지용 박막의 제조방법은,
    상기 케이스 기구물 위에 자외선 경화성 수지 조성물로써 하도코팅층을 코팅하고 자외선으로써 상기 자외선 경화성 수지 조성물을 경화하는 하도코팅층 형성단계와;
    상기 하도코팅층 위에 상기 메탈색상 박막층을 형성하는 메탈색상 박막층 형성단계와;
    상기 메탈색상 박막층 위에 자외선 경화성 수지 조성물로써 중도코팅층를 코팅하여 자외선으로써 상기 자외선 경화성 수지 조성물을 경화하는 중도코팅층 형성단계와;
    상기 중도코팅층 위에 자외선 경화성 수지 조성물로 이루어진 상도코팅층을 코팅하고 자외선으로써 상기 자외선 경화성 수지 조성물을 경화하는 상도코팅층 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이스 외관의 정전기 방지용 박막의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 중도코팅층을 이루는 자외선 수지 조성물은 광투과형 색상안료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 케이스 외관의 정전기 방지용 박막의 제조방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메탈색상 박막층 형성단계는 진공증착법, 이온도금법, 스퍼터링법 중 어느 하나의 물리적 증착방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 케이스 외관의 정전기 방지용 박막의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 메탈색상 박막층은 인듐(In) 및 인듐을 제외한 상기 3B족 원소 중 적어도 하나가 혼합되어 이루어지며, 상기 인듐 및 상기 인듐을 제외한 3B족 원소 중 적어도 하나의 원소의 혼합비율은 인듐 100중량%에 대하여 상기 인듐을 제외한 3B족 원소 중 적어도 하나의 원소가 1 내지 50중량%인 것을 특징으로 하는 케이스 외관의 정전기 방지용 박막의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 메탈색상 박막층 형성단계는 상기 3B족 원소 중 적어도 2개의 원소로 이루어진 단일의 합금타겟을 사용하여 스퍼터링법에 의하여 수행되거나, 적어도 2개의 스퍼터링 건 각각에 상기 3B족 원소 중 어느 하나씩을 장착하여 코스퍼터링법에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 정전기 방지용 박막의 제조방법.
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