KR100987025B1 - 자기접착성을 갖는 도전성 시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

자기접착성을 갖는 도전성 시트 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열접착성 고분자 수지에 도전성 필러가 충진되어 있는 것을 특징으로 하는, 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 자기접착성을 갖는 도전성 시트는 박막으로 제조가 가능하고, 점착제나 접착제를 사용하지 않고도 적용 부위에 바로 부착할 수 있으며, 전기전도성, 유연성, 부착력, 평활도, 내구성, 내스크래치성 등이 우수하다는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 자기접착성을 갖는 도전성 시트의 제조방법은 공정의 단순화 및 원가 절감을 도모할 수 있다.
본 발명에 따르면, 자기접착성을 갖는 도전성 시트를 포함하는 박막 형태의 전자파 흡수/차폐재를 경제적으로 양산할 수 있을 뿐만 아니라, 무선인식 태그의 안테나 또는 연성 인쇄회로(기판) 제조시에 패턴을 용이하게 형성시킬 수 있다.
자기접착성, 전기전도성(도전성), 열접착성 고분자 수지, 도전성 필러, 플레이크(flake)형 은 도금 구리, 박막, 전자파 흡수 및 차폐, 유연성, 평활도, 내구성 , 내스크래치성, 부착력, 연성 인쇄회로(FPC), 연성 인쇄회로기판(FPCB), 캐스팅 (casting), 건조.

Description

자기접착성을 갖는 도전성 시트 및 이의 제조방법{AN ELECTROCONDUCTIVE SHEET WITH SELF-ADHESIVENESS AND A METHOD FOR MANUFACTURING OF THE SAME}
본 발명은 열접착성 고분자 수지에 도전성 필러가 충진되어 있는 것을 특징으로 하는, 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트를 포함하는 박막 형태의 전자파 흡수/차폐재 및 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트를 이용한 연성인쇄회로(기판) 및 무선인식 태그용 안테나에 관한 것이다.
종래에 전기전도성(도전성)을 부여하기 위하여 전기전도성 시트나 필름을 먼저 제조한 후 여기에 점착제 또는 접착제를 붙이거나, 보다 더 높은 전기전도성을 구현할 목적으로 도전성 점착제 또는 접착제를 붙였다. 그러나, 이 경우에는 50㎛ 이하의 박막 형태의 도전성 시트로 적용하는데 어려움이 있었을 뿐만 아니라, 점착제 또는 접착제를 붙인 후 이형지를 떼어내고 다시 접착 부위에 붙여야 하는 공정상의 번거로움이 있었다. 더욱이, 도전성 점착제 또는 접착제를 사용하는 경우에는 높은 생산 단가를 수반하는 문제가 있었다.
또한, 전기전도성 시트 또는 필름 없이 도전성 점착제 또는 접착제를 사용하여 전기전도성을 부여할 수도 있으나, 이 경우에는 도전성 필러의 충진율을 높일 수 없었으며 요구되는 소정의 전기전도성을 확보할 수도 없었을 뿐만 아니라, 점착제 또는 접착제가 부착되는 면의 반대쪽 면을 다른 기재로 처리해야 하는 문제가 있었다.
또한, 전기전도성 시트 또는 필름 대신에 금속 박막 필름(금속박)의 일면에 점착 또는 접착 처리하여 사용하는 경우도 있으나, 이 경우에는 금속 박막 필름으로 인해 유연성 및 가공성이 떨어지고 박막 구현이 어렵다는 단점이 있었다.
또한, 도금된 도전성 원단의 일면을 핫멜트 또는 점착 처리하여 사용하는 경우도 있으나, 이 경우에는 두께가 두껍고, 요구되는 소정의 평활도를 얻기 힘들며, 제조 공정이 복잡하고 생산 원가 상승을 초래한다는 문제가 있었다. 핫멜트에 도전성 필러를 충진하여 도전성을 부여한 제품도 있으나, 요구되는 소정의 접착성을 부여하기 위해서는 높은 충진율을 가질 수 없었고, 이로 인해 도전 성능을 구현하기 어려웠다.
또한, 도전성 용액을 스프레이하는 방법도 있으나, 이는 필요로 하는 부위에 바로 스프레이를 해야 하므로 적용할 수 있는 소재나 제품이 제한적이고, 제품의 일부분에만 전기전도성을 부여해야 하는 경우에는 나머지 부분을 가리고 스프레이를 해야할 뿐만 아니라, 요구되는 소정의 전기전도성을 갖는 필름 형태의 제품을 얻기 위해서는 고가의 전도성 필러만을 사용해야 하는 문제가 있었다.
한편, 한국 등록실용신안공보 제328855호에는 「와이어들이 직조되고 도금 처리된 복수의 도전성 메쉬 와이어들이 도전성 폴리머 수지에 의해 함침되어 시트 형상으로 구현된 도전성 열접착 필름」이 기재되어 있는데, 이는 와이어로 인해 후가공성이 떨어지고, 직조된 와이어의 두께때문에 박막의 제조가 불가능하며, 직조된 원단으로 인한 표면의 요철로 인하여 평활도가 떨어지고, 접착력 또한 떨어지는 단점이 있다.
이에 본 발명자들은 예의 연구한 끝에, 열접착성 고분자 수지에 도전성 필러가 충진시킴으로써, 점착제 또는 접착제를 사용할 필요 없이 자기접착성, 전기전도성, 유연성, 평활도, 내구성, 내스크래치성 등의 특성이 우수한 박막 형태의 도전성 시트를 창안해 내었다.
본 발명은 박막으로 제조할 수 있고, 점착제나 접착제를 사용할 필요 없이 적용 부위에 바로 부착할 수 있으며, 전기전도성, 유연성, 부착력, 평활도, 내구성, 내스크래치성 등이 우수한 자기접착성을 갖는 도전성 시트를 제공하고, 공정의 단순화 및 원가 절감을 도모할 수 있는 자기접착성을 갖는 도전성 시트의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 열에 의해 용융되어 접착성을 가지며, 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리염화비닐 수지, 염소화 폴리에틸렌 수지 , 폴리에스테르 수지, 폴리염화부티랄 수지, 에틸렌 비닐아세테이트 (EVA) 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 열접착성 고분자 수지에 구리, 니켈, 금, 은, 알루미늄, 카본, 은 도금 니켈, 은 도금 구리, 니켈 도금 구리, 니켈 도금 그래파이트, 및 은 도금 유리로 이루어진 군으로부터 선택되는 과립형, 구형, 덴드리트형 또는 플레이크형 도전성 필러가 충진되어 있는 것을 특징으로 하는, 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트를 제공한다.
열접착성 고분자 수지는 열에 의해 용융되어 접착성을 갖도록 하는 바인더 (binder)의 역할을 하는 것으로서, 그 재질은 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리염화비닐 수지, 염소화 폴리에틸렌 수지 , 폴리에스테르 수지, 폴리염화부티랄 수지, 에틸렌 비닐아세테이트 (EVA) 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지 또는 이들의 조합인 것이 바람직하다.
도전성 필러는 열접착성 고분자 수지에 충진되어 전기전도성(도전성)을 부여하는 역할을 하며, 구리, 니켈, 금, 은, 알루미늄, 카본, 은 도금 니켈, 은 도금 구리, 니켈 도금 구리, 니켈 도금 그래파이트, 및 은 도금 유리로 이루어진 군으로부터 선택되는 과립형, 구형, 덴드리트(dendrite)형 또는 플레이크(flake)형 도전성 필러인 것이 바람직하다. 50㎛ 이하의 박막에서 5×10-1Ω/sq 이하의 전기전도성 (표면 저항)을 부여하기 위해서는 플레이크형 은 도금 구리인 것이 보다 더 바람직하다.
도전성 필러의 평균 입경은 30∼50㎛인 것이 바람직하다. 평균 입경이 30㎛ 미만인 경우에는 동일한 전도성을 얻기 위해 더 많은 도전성 필러를 충진시켜야 하고, 평균 입경이 50㎛를 초과하는 경우에는 도전성 시트를 박막 형태로 제조하기 어렵다.
도전성 필러의 충진율은 60∼80%인 것이 바람직한데, 80%를 초과하는 경우에는 도전성 시트를 박막 형태로 제조하기 어렵고, 60% 미만인 경우에는 충분한 전기전도성(도전성)을 확보할 수 없기 때문이다.
본 발명에 따른 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트는 두께가 50㎛ 이하이며, 표면 저항이 5×10-1Ω/sq 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트의 제조 방법으 로서, (a) 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리염화비닐 수지, 염소화 폴리에틸렌 수지 , 폴리에스테르 수지, 폴리염화부티랄 수지, 에틸렌 비닐아세테이트(EVA) 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 열접착성 고분자 수지를 디메틸포름아미드(DMF), 톨루엔 및 메틸에틸케톤(MEK)의 혼합 용매에 용해시킨 후, 구리, 니켈, 금, 은, 알루미늄, 카본, 은 도금 니켈, 은 도금 구리, 니켈 도금 구리, 니켈 도금 그래파이트, 및 은 도금 유리로 이루어진 군으로부터 선택되는 과립형, 구형, 덴드리트형 또는 플레이크형 도전성 필러를 균질하게 분산시켜 자기접착성 도전액을 제조하는 단계; (b) 기재 상에 상기 자기접착성 도전액을 캐스팅(casting)하는 단계; 및 (c) 캐스팅된 자기접착성 도전액을 건조시켜 용매를 증발시킴으로써, 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트를 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
단계 (a)는 열접착성 고분자 수지(예컨대, 열접착성 폴리우레탄 수지)를 디메틸포름아미드(DMF), 톨루엔 및 메틸에틸케톤(MEK)의 혼합 용매에 용해시킨 후, 평균 입경 30∼50㎛의 도전성 필러(바람직하게는, 플레이크형 은 도금 구리)를 분산시켜, 열접착성 고분자 수지에 도전성 필러가 60∼80%의 충진율로 충진된 자기접착성 도전액을 제조하는 단계이다.
단계 (b)는 기재(예컨대, PET 필름) 상에 일정한 두께로 자기접착성 도전액을 캐스팅하는 단계이다. 캐스팅은 콤마 코팅, 스핀 코팅, 그라비아 인쇄, 리버스 롤 코팅 또는 스크린 인쇄 방식에 의해 수행하는 것이 바람직하지만, 이들 방식에 한정되는 것은 아니다.
단계 (c)는 캐스팅된 자기접착성 도전액을 건조시켜 용매를 증발시킴으로써, 최종 제품인 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트를 형성시키는 단계이다.
또한, 본 발명은 전술한 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트를 포함하는 박막 형태의 전자파 흡수/차폐재를 제공한다.
상기 전자파 흡수/차폐재는 10MHz∼1GHz의 주파수 대역에서의 전자파 차폐 율이 평균 50dB (99.72% 차폐) 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 자기접착성을 갖는 도전성 시트는 점착제나 접착제를 사용할 필요가 없어 박막으로 제조할 수 있으며, 전기전도성, 유연성, 부착력, 평활도, 내구성, 내스크래치성 등이 우수하다는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 자기접착성을 갖는 도전성 시트의 제조방법은 공정의 단순화 및 원가 절감을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 자기접착성을 갖는 도전성 시트를 포함하는 박막 형태의 전자파 흡수/차폐재를 경제적으로 양산할 수 있을 뿐만 아니라, 무선인식 태그의 안테나 또는 연성 인쇄회로(기판) 제조시에 패턴을 용이하게 형성시킬 수 있다.
하기 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 범주가 하기 실시예에 국한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 발명이 속하는 기술분야 에서 통상의 지식을 가진 자는 첨부된 특허청구범위에 기재된 사항으로부터 도출되는 기술적 사상의 범위 내에서 하기 실시예의 다양한 변형, 수정 및 응용이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
실시예 1
열접착성 폴리우레탄 수지를 디메틸포름아미드(DMF), 톨루엔 및 메틸에틸케톤(MEK)의 혼합 용매에 용해시킨 후, 평균 입경 33㎛의 플레이크형 은 도금 구리(은 함량: 10%)를 분산시켜(균질한 분산을 위해 소량의 분산제 사용 가능함), 열접착성 고분자 수지에 도전성 필러가 70%의 충진율로 충진된 자기접착성 도전액을 제조하였다. 이어서, 기재(예컨대, PET 필름) 상에 일정한 두께로 상기 자기접착성 도전액을 캐스팅하였다. 캐스팅은 콤마 코팅 방식에 의해 수행하였다. 이어서, 캐스팅된 자기접착성 도전액을 건조시켜 용매를 증발시킴으로써, 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트를 형성시켰다.
최종 생성된 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트의 열전도성, 두께, 부착력(130℃의 열을 가하여 폴리이미드 필름에 열접착시킨 후의 부착력), 유연성 등의 특성은 하기 표 1에 제시되어 있다.
실시예 2
플레이크형 은 도금 구리(도전성 필러)의 충진율이 55%라는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
실시예 3
플레이크형 은 도금 구리(도전성 필러)의 충진율이 85%라는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
실시예 4
플레이크형 은 도금 구리(도전성 필러)는 평균 입경이 60㎛이고, 충진율이 70%라는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
실시예 5
플레이크형 은 도금 구리 대신에 덴드리트형 은 도금 구리(은 함량: 20%)를 사용하고, 덴드리트형 은 도금 구리의 평균 입경은 28㎛이며, 덴드리트형 은 도금 구리의 충진율이 70%이었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
비교예 1
두께가 25㎛인 박막 형태의 알루미늄 박에 도전성 점착제가 처리되어 있는 전자파 차폐용 테이프를 제조한 후, 전기전도성, 두께, 외관, 유연성, 부착력 등의 특성을 실험하였고, 그 결과는 하기 표 1에 제시되어 있다.
비교예 2
두께가 100㎛인 도전성 원단의 일면에 도전성 점착제가 처리되어 있는 전자파 차폐용 테이프를 제조한 후, 전기전도성, 두께, 외관, 유연성, 부착력 등의 특성을 실험하였고, 그 결과는 하기 표 1에 제시되어 있다.
비교예 3
플레이크형 은 도금 구리 분말을 도전성 필러로 사용한 도전성 스프레이 액을 이용하여 스프레이를 하여 도전성 박막 시트를 제조한 후, 일면을 도전성 점착 처리하였는데, 최종 제품의 전기전도성, 두께, 외관, 유연성, 부착력 등의 특성은 하기 표 1에 제시되어 있다.
두께 저항(표면) 저항(상하) 유연성 부착력 외관
실시예 1 25㎛ 2×10-1Ω/sq 5×10-3Ω ○ ○ ○
실시예 2 25㎛ 3Ω/sq 1Ω ○ ○ ○
실시예 3 60㎛ 2×10-1Ω/sq 1×10-2Ω ○ △ △(핀홀 발생)
실시예 4 30㎛ 5×10-1Ω/sq 3×10-2Ω ○ △ △(핀홀 발생)
실시예 5 60㎛ 8×10-1Ω/sq 3×102Ω ○ ○ △(핀홀 발생)
비교예 1 40㎛ 5×102Ω/sq 5×102Ω × ○ ×(스크래치 발생)
비교예 2 120㎛ 5×10-2Ω/sq 5×10-2Ω ○ ○ ×(평활도 불량)
비교예 3 25㎛ 8×10-1Ω/sq 5×10-2Ω ○ ○ △(핀홀 발생)
○: 양호 △: 보통 ×: 불량
실시예 1을 통해 알 수 있는 바와 같이, 은 함량 10%, 평균 입경 33㎛의 플레이크형 은 도금 구리(도전성 필러)를 70% 정도 충진하였을 때 박막의 제조가 가능하였고, 우수한 전기전도성, 유연성, 부착력 및 깨끗한 외관을 확보할 수 있었다.
실시예 2 및 3을 통해 알 수 있는 바와 같이, 도전성 필러의 충진율이 55%일 경우에는 전기전도성(도전성)이 떨어졌으며, 85%일 경우에는 두께가 두꺼워지고 핀홀이 발생하여 외관 특성이 불량하였다.
실시예 4 및 5를 통해 알 수 있는 바와 같이, 평균 입경 60㎛의 플레이크형 은 도금 구리를 도전성 필로로 사용할 경우에는 부착력과 외관 특성이 저하되었고, 덴드리트형 은 도금 구리를 도전성 필러로 사용할 경우에는 두께가 두꺼워지고 외관 특성이 저하되었다.
비교예 1을 통해 알 수 있는 바와 같이, 알루미늄 박을 사용할 경우에는 전기전도성은 우수하였으나, 유연성과 외관 특성이 저하되었고, 특히 스크래치의 발생이 빈번하였다.
비교예 2를 통해 알 수 있는 바와 같이, 도전성 원단의 일면이 도전 점착 처리된 제품의 경우에는 박막으로 제조할 수 없었을 뿐만 아니라, 표면에 직조된 형상이 노출되어 표면의 평활도가 불량하였다.
비교예 3을 통해 알 수 있는 바와 같이, 스프레이 액을 사용하는 경우에는 박막 제조가 가능하고 전기전도성이 우수하였으나, 핀홀이 발생되는 단점이 있었다 .
도 1은 본 발명의 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트의 구조를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트의 제조를 위한 공정도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트의 전자파 차폐 효율을 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트
100: 열접착성 고분자 수지
200: 도전성 필러

Claims (12)

  1. 열에 의해 용융되어 접착성을 가지는 열접착성 수지에 과립형, 구형, 덴드리트(dendrite)형 또는 플레이크 (flake)형 도전성 필러가 분산된 형태로 충진된 것을 특징으로 하는 도전성 시트로서,
    상기 열접착성 수지는 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리염화비닐 수지, 염소화 폴리에틸렌 수지 , 폴리에스테르 수지, 폴리염화부티랄 수지, 에틸렌 비닐아세테이트(EVA) 수지, 에폭시 수지, 및 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성되고, 상기 도전성 필러는 구리, 니켈, 금, 은, 알루미늄, 카본, 은 도금 니켈, 은 도금 구리, 니켈 도금 구리, 니켈 도금 그래파이트, 및 은 도금 유리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 구성되며,
    상기 도전성 필러의 충진율은 60~85%이고, 상기 도전성 시트의 두께는 25~60㎛인 것을 특징으로 하는, 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 필러의 평균 입경은 30∼50㎛인 것을 특징으로 하는, 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 필러는 플레이크(flake)형 은 도금 구리인 것을 특징으로 하는, 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 필러의 충진율은 60∼80%인 것을 특징으로 하는, 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 시트의 두께는 25~50㎛ 이며, 표면 저항이 5×10-1Ω/sq 이하인 것을 특징으로 하는, 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트.
  6. (a) 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리염화비닐 수지, 염소화 폴리에틸렌 수지 , 폴리에스테르 수지, 폴리염화부티랄 수지, 에틸렌 비닐아세테이트(EVA) 수지, 에폭시 수지, 및 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 열접착성 고분자 수지를 디메틸포름아미드(DMF), 톨루엔 및 메틸에틸케톤(MEK)의 혼합 용매에 용해시킨 후, 구리, 니켈, 금, 은, 알루미늄, 카본, 은 도금 니켈, 은 도금 구리, 니켈 도금 구리, 니켈 도금 그래파이트, 및 은 도금 유리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 과립형, 구형, 덴드리트형 또는 플레이크형 도전성 필러를 균질하게 분산시켜 열접착성 고분자 수지에 도전성 필러가 60~85%의 충진율로 충진된 자기접착성 도전액을 제조하는 단계;
    (b) 기재 상에 상기 자기접착성 도전액을 캐스팅(casting)하는 단계; 및
    (c) 상기 캐스팅된 자기접착성 도전액을 건조시켜 용매를 증발시킴으로써, 두께가 25~60㎛인 도전성 시트를 형성시키는 단계;를 포함하는 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 도전성 필러는 평균 입경이 30∼50㎛이고, 충진율이 60∼80%인 것을 특징으로 하는 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 도전성 필러는 플레이크(flake)형 은 도금 구리인 것인 것을 특징으로 하는 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트의 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 캐스팅은 콤마 코팅, 스핀 코팅, 그라비아 인쇄, 리버스 롤 코팅 또는 스크린 인쇄 방식에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항의 자기접착성을 갖는 박막 형태의 도전성 시트를 포함하는 전자파 차폐재.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전자파 차폐재는 10MHz~1GHz의 주파수 대역에서의 전자파 차폐율이 평균 50dB (99.72% 차폐) 이상인 것을 특징으로 하는 박막 형태의 전자파 차폐재.
  12. 삭제
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