KR101417845B1 - 잉크젯 프린팅법을 이용한 무소결 페라이트 세라믹 후막 제조 방법 - Google Patents

잉크젯 프린팅법을 이용한 무소결 페라이트 세라믹 후막 제조 방법 Download PDF

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Abstract

잉크젯 프린팅 공정시 노즐 막힘 형상을 미연에 방지함과 더불어 우수한 충진율을 확보할 수 있는 잉크젯 프린팅법을 이용한 무소결 페라이트 세라믹 후막 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린팅법을 이용한 무소결 페라이트 세라믹 후막 제조 방법은 기판 상에 제1 잉크젯 노즐을 이용하여 유기용매 및 페라이트 자성분말로 이루어진 페라이트 잉크를 스캔 방식으로 적하하는 단계; 상기 페라이트 잉크가 적하된 기판 상에 제2 잉크젯 노즐을 이용하여 폴리머 레진을 스캔 방식으로 적하하여 상기 페라이트 잉크에 상기 폴리머 레진을 함침시키는 단계; 및 상기 기판 상의 페라이트 잉크와 폴리머 레진을 경화하여 페라이트 세라믹 후막을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 페라이트 자성분말은 서로 상이한 직경을 갖는 적어도 둘 이상의 자성분말들로 이루어지며, 상기 자성분말들 중 최대 직경을 갖는 자성분말과 최소 직경을 갖는 자성분말이 1 : 2.4 ~ 1 : 10의 비율로 이루어져 충진율 : 40 ~ 80 vol%를 만족하는 것을 특징으로 한다.

Description

잉크젯 프린팅법을 이용한 무소결 페라이트 세라믹 후막 제조 방법{NON-SINTERED FERRITE CERAMIC THICK FILM USING INKJET PRINTING METHOD}
본 발명은 무소결 페라이트 세라믹 후막 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크젯 프린팅법을 이용하여 페라이트 분말이 고충진 된 세라믹 후막을 형성함으로써, 소결과정을 거치지 않은 무소결 후막자체만으로 원하는 투자율을 구현함과 동시에 통신 기능에 적합한 차폐특성을 구현할 수 있는 잉크젯 프린팅법을 이용한 무소결 페라이트 세라믹 후막 제조 방법에 관한 것이다.
NFC(Near Field Communication, 이하 NFC라 약칭함.) 및 RFID(Radio Frequency Identification, 이하 RFID라 약칭함.)는 트랜스폰더(Transponder, Tag)를 물체에 부착하고 트랜스폰더(Transponder)와 리더(Reader) 사이의 유도결합 또는 전자파 후방산란을 이용하여 무선으로 트랜스폰더(Transponder, Tag)의 정보를 판독하는 시스템으로 물류의 유통관리, 출입자 통제, 교통카드, 식품관리 등 다양한 응용분야로의 확대가 기대되는 기술이다.
LF(Low Frequency, 125 kHz)와 HF(High Freqency, 13.56 MHz) 대역에서의 RFID는 주로 자기결합방식(Magnetic Coupling)을 이용하며, 트랜스폰더(Transponder, Tag)의 부하임피던스의 변화에 따라 리더의 코일의 변환임피던스(Transformed Impedance)가 달라지는 원리를 이용한다.
자기결합방식을 이용한 RFID 시스템은 인식거리가 약 1 m 이하인 단거리 시스템에 주로 이용된다. 이와 달리, NFC는 기존 RFID를 좀 더 확장시킨 응용개념으로 13.56 MHz 주파수 대역을 사용하며 스마트폰의 USIM이나 SD카드에 NFC 기술의 내장을 통해 10 cm의 가까운 거리에서 태그(Tag)의 정보를 읽고 쓰는 것이 가능한 양방향 근거리 통신기술이다.
이러한 NFC의 데이터 전송속도(최대42 kbps)는 경쟁기술인 블루투스(Bluetooth)에 비해 느린 편이지만 통신설정시간이 대략 0.1 초로 매우 짧고 센서의 방향에 따른 인식 오작동도 적은 편이어서 유사기술인 블루투스나 적외선 방식을 보완할 수 있다.
또한, NFC는 결재 및 모바일 금융서비스 인프라에 획기적인 전기를 마련할 것으로 기대되는 기술로 주요 통신업계의 은행과의 연계가 가시화 되고 있으며, 모바일 단말기에 탑재하는 것이 계획되어 있다.
NFC의 활용분야는 스마트카드, 교통카드, 신용카드, 멤버십카드, 쿠폰, 신분증, 출입통제 기능 등 NFC 장치간 읽고 쓰는 기능을 다양하게 활용함으로써, NFC 태그에 저장된 정보를 읽어 음식주문, 영화정보/예매, 환자 진료기록 확인 등이 가능하고, 대형 주차장 주차 후 주변기 등의 태그에 MFC폰을 터치하여 주차 위치 저장, NFC 장치간 사진, 동영상, 음악, 전화번호 등 정보 전송하고, 두 사람이 같이 할 수 있는 게임 등이 가능하다.
RFID 기술을 선진적으로 활용하는 NFC 기술은 휴대폰을 중심으로 PC, 노트북, PDA, MP3플레이어 등의 다양한 모바일 디바이스에 연동 및 확산되어 단순한 사용자 인터페이스를 넘어 차세대 성장엔진의 한 축으로서의 역할을 수행할 수 있을 것으로 기대된다.
그러나, 이와 같이 무선신호를 사용하는 RFID/NFC 시스템은 리더(Reader) 또는 트랜스폰더(Transponder)의 안테나에 금속판과 같은 도체가 근접하는 경우 전자계의 분포가 달라져 영향을 받게 된다. 특히, 유도결함 RFID/NFC 시스템에서 코일안테나 근처에 도체판이 근접하면 코일안테나로부터 발생하는 시변자계에 의하여 도체의 표면에 와전류(Eddy Current)가 형성되고, 와전류는 코일안테나를 통과하는 자계와 반대방향의 자계를 형성하여 리더(Reader)와 트랜스폰더(Transponder, Tag) 사이의 자기적 결합을 약화시켜 통신거리를 짧게 하고, 데이터의 오류를 발생시키는 문제점이 있다.
특히 기존 플라스틱 카드에 내장되던 버스카드 및 출입카드 기능의 RFID 시스템과 달리, 전자지갑 기능이 주로 탑재되는 휴대폰의 경우 밧데리 등의 금속 도체에 인접하게 됨에 따라 와전류에 의한 통신 장애 및 오류에 대한 방지대책이 필수적으로 마련되어야 하는 상황이다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 등록특허 10-0860780호(2008.09.29 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 전자기파 차폐 및 흡수용 시트의 제조방법이 기재되어 있을 뿐, 잉크젯 프린팅법을 이용한 무소결 페라이트 세라믹 후막 제조 방법에 대하여 개시하는 바가 없다.
본 발명의 목적은 잉크젯 프린팅법을 이용하여 페라이트 분말이 고충진 된 후막을 형성함으로써, 소결과정을 거치지 않은 무소결 후막자체만으로 원하는 투자율을 구현함과 동시에 통신 기능에 적합한 차폐특성을 구현할 수 있는 무소결 페라이트 세라믹 후막을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 프린팅법을 이용한 무소결 페라이트 세라믹 후막 제조 방법은 기판 상에 제1 잉크젯 노즐을 이용하여 유기용매 및 페라이트 자성분말로 이루어진 페라이트 잉크를 스캔 방식으로 적하하는 단계; 상기 페라이트 잉크가 적하된 기판 상에 제2 잉크젯 노즐을 이용하여 폴리머 레진을 스캔 방식으로 적하하여 상기 페라이트 잉크에 상기 폴리머 레진을 함침시키는 단계; 및 상기 기판 상의 페라이트 잉크와 폴리머 레진을 경화하여 페라이트 세라믹 후막을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 페라이트 자성분말은 서로 상이한 직경을 갖는 적어도 둘 이상의 자성분말들로 이루어지며, 상기 자성분말들 중 최대 직경을 갖는 자성분말과 최소 직경을 갖는 자성분말이 1 : 2.4 ~ 1 : 10의 비율로 이루어져 충진율 : 40 ~ 80 vol%를 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 무소결 페라이트 세라믹 후막 제조 방법은 RFID/NFC의 동작주파수인 약 13.56 MHz에서 높은 투자율과 낮은 투자손실 값을 갖는 물질인 페라이트계 세라믹 물질을 잉크젯 프린팅법을 이용하여 형성함으로써, 전자파 차폐시트로 활용할 경우 전자기파를 손실 없이 차폐할 수 있는 이점이 있다.
특히, 잉크젯 프린팅법을 이용하여 페라이트 분말이 고충진 된 후막을 형성함으로써, 소결과정을 거치지 않은 무소결 후막자체만으로 원하는 투자율을 구현함과 동시에 통신 기능에 적합한 차폐특성을 구현할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 무소결 페라이트 세라믹 후막은 페라이트 잉크에 폴리머 레진이 함침됨으로써, 잉크젯 프린팅 공정시 충진되는 과정에서 발생할 수 있는 단점인 취성을 극복할 수 있는 가소성(plasticity)을 부여함으로써, 페라이트 세라믹 후막의 성형성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 소결체 방식이 아니라 기판에 잉크젯 프린팅 공정으로 페라이트 세라믹 후막을 직접 형성하기 때문에 접착제가 필요 없어서 총 두께의 감소가 가능하여 슬림화가 가능하고, 원하는 영역에 원하는 형태로 직접 패터닝하는 것이 가능하다. 이에 더불어, 본 발명은 코일형 안테나가 형성되어 있는 뒷면에 직접 잉크젯 프린팅 공정으로 무소결 페라이트 세라믹 후막을 코팅하여 일체형으로 제조할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무소결 페라이트 세라믹 후막 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 페라이트 자성분말을 나타낸 각각의 도면이다.
도 5는 NiFe2O4 페라이트 잉크의 침전 테스트가 진행되는 과정을 나타낸 것이다.
도 6은 페라이트 후막에 대한 에폭시 레진의 함침 전의 단면 형상을 보여주는 결과이다.
도 7은 페라이트 후막에 에폭시 레진이 함침된 결과를 SEM으로 측정하여 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린팅법을 이용한 무소결 페라이트 세라믹 후막 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무소결 페라이트 세라믹 후막 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 무소결 페라이트 세라믹 후막 제조 방법은 페라이트 잉크 적하 단계(S110), 페라이트 잉크에 폴리머 레진 함침 단계(S120) 및 페라이트 잉크/폴리머 레진 경화 단계(S130)를 포함한다.
페라이트 잉크 적하
페라이트 잉크 적하 단계(S110)에서는 기판 상에 제1 잉크젯 노즐을 이용하여 유기용매 및 페라이트 자성분말로 이루어진 페라이트 잉크를 스캔 방식으로 적하한다. 이때, 기판은 PI 필름(polyimide film), PET 필름(polyethylene terephthalate film), PES 필름(polyether sulfone film), PC 필름 (polycarbonate film) 유리 기판 등에서 선택될 수 있다.
여기서, 페라이트 잉크는 유기용매 80 ~ 96vol% 및 페라이트 자성분말 4 ~ 20vol%를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 페라이트 잉크는 분산제를 더 포함함 수 있다.
상기 페라이트 자성분말이 페라이트 잉크 전체 100vol%에 대하여 4vol% 미만일 경우에는 페라이트 자성분말의 함량이 미미함에 따라 충전율이 급격히 저하되는 문제가 있다. 반대로, 페라이트 자성분말이 페라이트 잉크 전체 100vol%에 대하여 20vol%를 초과할 경우에는 고체 함량(solid content)이 증가함에 따라 충전율이 향상되는 이점이 있기는 하나, 페라이트 잉크내 페라이트 자성분말의 고체 함량이 많아짐에 따라 잉크의 점도가 증가하여 잉크로 만드는 것이 어렵고, 잉크젯 프린팅 공정시 잉크젯 노즐(nozzle)이 막히는 현상이 심하게 나타나는 문제가 있다.
특히, 페라이트 자성분말은 서로 상이한 직경을 갖는 적어도 둘 이상의 자성분말들로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 페라이트 자성분말은 서로 상이한 직경을 갖는 2 ~ 6개의 자성분말들로 이루어질 수 있다. 이때, 페라이트 자성분말은 자성분말들 중 최대 직경을 갖는 자성분말과 최소 직경을 갖는 자성분말이 1 : 2.4 ~ 1 : 10의 비율로 이루어져 충진율 : 40 ~ 80 vol%를 만족할 수 있다.
이에 대해서는 이하 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 페라이트 자성분말을 나타낸 각각의 도면이다. 이때, 도 2 내지 도 4에서는 서로 상이한 직경을 갖는 2개의 자성분말들을 일 예로 나타낸 것이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 페라이트 자성분말은 제1 직경(d1)을 갖는 제1 자성분말 입자(102)와 제2 직경(d2)을 갖는 제2 자성분말 입자(104)를 포함할 수 있다. 이때, 도 2에서는 제1 직경(d1)과 제2 직경(d2)의 비율이 1 : 2.4로 설계된 경우를 나타낸 것이고, 도 3에서는 제1 직경(d1)과 제2 직경(d2)의 비율이 1 : 6.5로 설계된 경우를 나타낸 것이며, 도 4에서는 제1 직경(d1)과 제2 직경(d2)의 비율이 1 : 10으로 설계된 것을 나타낸 것이다.
이와 같이, 제1 직경(d1)과 제2 직경(d2)의 비율을 1 : 2.4 ~ 1 : 10으로 설계할 경우, 제2 직경(d2)을 갖는 제2 자성분말 입자(104)들 간의 맞닿는 사이의 빈 공간으로 제2 직경(d2)보다 작은 제1 직경(d1)을 갖는 제1 자성분말 입자(102)들이 채워질 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에서는 페라이트 분말의 입도가 서로 다른 분말들을 적절히 조합하여 페라이트 잉크를 제조하는 것을 통해 고 충진율을 구현할 수 있는 효과가 있다.
한편, 도면으로 도시하지는 않았지만, 페라이트 자성분말은 제1 직경을 갖는 제1 자성분말 입자와 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 제2 자성분말 입자와 제2 직경보다 큰 제3 직경을 갖는 제3 자성분말 입자를 포함할 수도 있다.
이 경우, 최대 충진율(PFmax) 값은 아래의 식 1을 만족할 수 있다.
식 1 : PFmax = PFc + [1-PFc]PFm + [1- PFc][1-PFm]PFf
(여기서, c, m, f는 제1, 제2, 제3 자성분말 입자의 직경)
한편, 페라이트 자성분말은 전자기파를 손실 없이 차폐시키기 위해서 RFID/NFC의 동작주파수인 약 13.56 MHz에서 높은 투자율과 낮은 투자손실 값을 갖는 물질로 형성하는 것이 바람직하며, 이러한 물질로는 산화철(FeO, Fe3O4, Fe2O3)과 Fe3O4에서의 Fe가 치환된 형태인 M-Fe2O4(여기서, M은 Mn, Mg, Cu, Ni, Co, Zn, Cd, Ba 등)로 표시되는 페라이트, 그리고 단일 및 다성분계의 산화물과 산화철과의 화합물인 NiZn계 페라이트, NiCuZn계 페라이트, NiCuZnMn계 페라이트, MnZn계 페라이트 등이 있다.
그리고, 유기용매는 DMF(dimethylformamide), 옥탄올(Octanol), 에톡시 에탄올(ethoxy ethanol), 테트라데칸(tetradecane), 펜탄올(pentanol), 메톡시 에탄올(methoxyethanol), 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(dipropylene glycol monomethyl ether), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 등에서 선택될 수 있다.
페라이트 잉크에 폴리머 레진 함침
페라이트 잉크에 폴리머 레진 함침 단계(S120)에서는 페라이트 잉크가 적하된 기판 상에 제2 잉크젯 노즐을 이용하여 폴리머 레진을 스캔 방식으로 적하하여 상기 페라이트 잉크에 상기 폴리머 레진을 함침시킨다.
이때, 폴리머 레진은 페라이트 잉크 분말들을 결합시켜주는 바인더(binder)의 역할과 동시에 페라이트 잉크 분말들이 잉크젯 프린팅에 의해 충진되는 과정에서 발생할 수 있는 단점인 취성을 극복할 수 있는 가소성(plasticity)을 부여하는 역할을 한다. 이러한 폴리머 레진은 시아네이트 에스테르 수지(cyanate ester resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등과 같은 열경화성계열의 수지에서 선택될 수 있다. 또한 폴리비닐계열의 PVA(polyvinyl alcohol), PVB(polyvinyl butyral) 및 아크릴계열 수지와 같은 열가소성계열의 수지에서도 선택될 수 있다.
페라이트 잉크/폴리머 레진 경화
페라이트 잉크/폴리머 레진 경화 단계(S130)에서는 기판 상의 페라이트 잉크와 폴리머 레진을 경화하여 페라이트 세라믹 후막을 형성한다.
본 단계에서, 경화 온도는 열경화성 수지계열의 폴리머 레진을 이용할 경우에는 50 ~ 300℃에서 실시하는 것이 바람직하다. 경화 온도가 50℃ 미만일 경우에는 충분한 경화가 이루어지지 않을 우려가 있다. 반대로, 경화 온도가 300℃를 초과할 경우에는 효과 대비 비용 상승이 더 크게 작용하므로, 경제적이지 못하다. 반면, 열화온도가 낮은 폴리머 레진을 이용할 경우에는 150℃ 이하의 온도에서 경화가 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
상기의 과정(S110 ~ S130)으로 제조되는 무소결 페라이트 세라믹 후막은 RFID/NFC의 동작주파수인 약 13.56 MHz에서 높은 투자율과 낮은 투자손실 값을 갖는 물질인 페라이트계 세라믹 물질로 형성됨으로써, 전자파 차폐시트로 활용할 경우 전자기파를 손실 없이 차폐할 수 있는 이점이 있다.
특히, 잉크젯 프린팅법을 이용하여 페라이트 분말이 고충진 된 후막을 형성함으로써, 소결과정을 거치지 않은 무소결 후막자체만으로 원하는 투자율을 구현함과 동시에 통신 기능에 적합한 차폐특성을 구현할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 무소결 페라이트 세라믹 후막은 페라이트 잉크에 폴리머 레진이 함침됨으로써, 잉크젯 프린팅 공정시 충진되는 과정에서 발생할 수 있는 단점인 취성을 극복할 수 있는 가소성(plasticity)을 부여함으로써, 페라이트 세라믹 후막의 성형성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 소결체 방식이 아니라 기판에 잉크젯 프린팅 공정으로 페라이트 세라믹 후막을 직접 형성하기 때문에 접착제가 필요 없어서 총 두께의 감소가 가능하여 슬림화가 가능하고, 원하는 영역에 원하는 형태로 직접 패터닝하는 것이 가능하다. 이에 더불어, 본 발명은 코일형 안테나가 형성되어 있는 뒷면에 직접 잉크젯 프린팅 공정으로 무소결 페라이트 세라믹 후막을 코팅하여 일체형으로 제조할 수도 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 페라이트 잉크 제조
먼저, 페라이트 자성분말을 유기용매에 혼합한 후, 분산제를 일부 첨가하여 볼밀 과정과 초음파분산 과정을 거쳐 장시간 분산과정을 수행하였다. 그리고, 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 전에 미세 먼지 또는 뭉쳐 있을 수 있는 세라믹 분말 덩어리를 제거하기 위하여 6㎛의 기공 사이즈를 가지는 필터를 이용하여 필터링을 진행하는 과정을 진행하였다. 이때, 필터링은 잉크젯 프린팅 도중 발생할 수 있는 노즐 막힘 현상을 방지하기 위해 실시하였다.
상기 페라이트 자성분말로는 Fe3O4, CoFe2O4 ferrite, NiFe2O4 ferrite, NiZn ferrite, NiCuZn ferrite로 구분하여 실시하였다.
한편, 이러한 페라이트 자성분말들을 적절히 분산시켜 줄 최적의 유기 용매를 찾기 위하여 표면장력, 점도, 끓는점 등의 차이를 보이는 여러 종류의 용매를 이용하여 테스트를 실시하였다. 또한, 잉크젯 프린팅이 이루어지는 과정 중에서 노즐을 통한 토출 특성 또한 잉크설계의 고려대상이 되었다.
전술한 페라이트 자성분말을 이용한 잉크 제조에 있어서 최적의 분산 상태를 유지할 수 있는 용매를 선정하기 위해서 여러 가지 용매를 사용한 유변학적 고찰을 시행하였다. 이를 위하여, 유기용매로는 DMF(dimethylformamide), 에탄올(ethanol), 에톡시 에탄올(ethoxy ethanol), 옥탄올(octanol), 톨루엔(toluene)의 다섯 가지를 이용하여 자성잉크를 제조한 후, 페라이트 잉크의 특성을 평가하였다.
2. 분산특성 평가
분산특성 평가를 위하여 아래의 공통된 방법으로 페라이트 잉크를 제조하여 비교평가가 이루어졌다. 각각의 단일용매 100ml에 4 vol%의 페라이트 자성입자를 혼합한 후, 지르코니아 볼(φ1 ㎜) 200g을 첨가하여 48시간 동안 볼밀링 과정을 거쳐서 분산을 수행하였다. 이때, 첨가된 분산제는 BYK-111 및 BYK-140가 사용되었다.
도 4는 NiFe2O4 페라이트 잉크의 침전 테스트가 진행되는 과정을 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 1시간 정도의 침전 테스트를 거치는 동안 5가지의 유기용매 중에서 옥탄올(octanol)에서 가장 우수한 분산성을 보이는 것을 육안으로 확인할 수 있었다. 이러한 침전테스트는 자성잉크의 분산성을 평가하는 기초자료로 활용될 수 있으나, 분산성이 확보되었다고 하여 노즐을 통한 토출 특성 또한 우수하다고 판단할 수는 없다.
3. 미세구조 평가
페라이트 자성잉크 내 최적의 자성분말 함량을 결정하기 위하여 4 ~ 20 vol%까지 변화시켜가면서 잉크를 제조하였다. 일반적으로 페라이트 자성잉크내의 고체 함량(solid content)이 증가함에 따라 충전율이 향상된 결과를 보여주었으나, 잉크내 페라이트 분말의 고체 함량이 많아짐에 따라 잉크젯 프린팅 공정시 노즐(nozzle) 끝단에서 잉크의 증발 현상이 빠르게 나타나 노즐이 막히는 현상이 심하게 나타나는 것을 확인하였다.
한편, NiCuZn계 ferrite 및 NiCuZnMn계 ferrite를 이용하여 10 vol% 함량을 가지는 자성잉크를 제조한 후, MF 노즐을 이용한 후막을 프린팅하고 나서 이들 막의 단면 미세구조를 FIB(Focused Ion Beam)를 이용하여 분석하였다.
이때, 도 6은 페라이트 후막에 대한 에폭시 레진의 함침 전의 단면 형상을 보여주는 결과이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 이들 막의 FIB의 단면 이미지에서는 고충진 되어 있는 형상으로 관찰되어 있는 것을 확인하였다.
한편, 자성잉크를 이용한 페라이트 세라믹 후막을 형성한 후에, 세라믹 후막에 성형성을 부여하기 위하여 고분자 성분의 폴리머 레진의 함침을 통해 최종적인 무소결 페라이트 세라믹 후막을 형성하게 된다. 잉크젯 공정으로 제조되는 무소결 페라이트 세라믹 후막 내에 함침되는 폴리머 레진 성분은 후열처리를 통한 경화과정을 통하여 자성 분말들을 결합시켜 주는 바인더(binder)로서의 역할과 동시에 페라이트 분말의 충진만으로 형성되는 세라믹 후막에서 발생할 수 있는 단점인 취성을 극복할 수 있는 가소성(plasticity)를 부여함으로써 NFC용 전자파 차폐시트로의 응용을 위한 최적의 물성을 갖도록 할 수 있다.
이러한 페라이트 세라믹 후막에 대한 폴리머 레진 함침은 1단계 때 알루미나 후막에 사용된 시아네이트 에스터(cyanate ester)와 에폭시(epoxy) 계열의 고분자 및 PI 계열의 고분자 레진 성분을 준비하여 폴리머 레진 잉크를 제조하였다. 이를 위해서, 시아네이트 에스터, 에폭시 레진, CPI를 DMF 용매에 3 wt%로 희석시킨 뒤 이를 잉크 젯팅하여 막에 함침시켰다.
도 7은 페라이트 후막에 에폭시 레진이 함침된 결과를 SEM으로 측정하여 나타낸 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 앞선 결과를 토대로 에폭시 계열의 레진 잉크를 가지고 잉크젯 공정에 의한 함침을 수행하였다. 함침 초기 실험 조건으론 상온에서 600Hz의 잉크 분사 속도로 막의 전면에 프린팅시키는 방법으로 실험을 진행하였다. 분사된 레진은 막내의 보이드(void)를 통한 모세관력(capillary force)에 의해 막내에 균일하게 퍼져 나가면서 보이드를 채우게 된다. 이때, 레진 함침 후 막내의 모든 보이드들이 완전히 레진으로 채워져 있는 것을 FESEM 이미지 분석으로 확인할 수 있었다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
S110 : 페라이트 잉크 적하 단계
S120 : 페라이트 잉크에 폴리머 레진 함침 단계
S130 : 페라이트 잉크/폴리머 레진 경화 단계

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 기판 상에 제1 잉크젯 노즐을 이용하여 유기용매 80 ~ 96vol% 및 페라이트 자성분말 4 ~ 20vol%로 이루어진 페라이트 잉크를 스캔 방식으로 적하하는 단계;
    상기 페라이트 잉크가 적하된 기판 상에 제2 잉크젯 노즐을 이용하여 폴리머 레진을 스캔 방식으로 적하하여 상기 페라이트 잉크에 상기 폴리머 레진을 함침시키는 단계; 및
    상기 기판 상의 페라이트 잉크와 폴리머 레진을 50 ~ 300℃에서 경화하여 페라이트 세라믹 후막을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 폴리머 레진은 막내의 보이드(void)를 통한 모세관력에 의해 막내에 퍼져 나가면서 보이드를 채우게 되고,
    상기 페라이트 자성분말은 Fe3O4, CoFe2O4 ferrite, NiFe2O4, NiZn 및 NiCuZn 중 하나이고, 상기 유기용매는 DMF(dimethylformamide), 에탄올(ethanol), 에톡시 에탄올(ethoxy ethanol), 옥탄올(octanol) 및 톨루엔(toluene) 중 하나이고, 상기 폴리머 레진은 시아네이트 에스테르 수지(cyanate ester resin), 에폭시 수지(epoxy resin) 및 폴리이미드 수지(polyimide resin) 중 하나이며,
    상기 페라이트 잉크에 폴리머 레진이 함침되어 가소성(plasticity)이 부여된 것을 특징으로 하며,
    상기 페라이트 자성분말은 서로 상이한 직경을 갖는 적어도 둘 이상의 자성분말들로 이루어지며, 상기 자성분말들 중 최대 직경을 갖는 자성분말과 최소 직경을 갖는 자성분말이 1 : 2.4 ~ 1 : 10의 비율로 이루어져 충진율 : 40 ~ 80 vol%를 만족하되,
    상기 페라이트 자성분말은 제1 직경을 갖는 제1 자성분말 입자와 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 제2 자성분말 입자와 상기 제2 직경보다 큰 제3 직경을 갖는 제3 자성분말 입자를 포함하며, 최대 충진율(PFmax) 값은 하기 식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 무소결 페라이트 세라믹 후막 제조 방법.

    식 1 : PFmax = PFc + [1-PFc]PFm + [1- PFc][1-PFm]PFf
    (여기서, c, m, f는 제1, 제2, 제3 자성분말 입자의 직경)
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