KR101453584B1 - 전자기파 차폐 재료 및 시트 - Google Patents

전자기파 차폐 재료 및 시트 Download PDF

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Abstract

전자기파 차폐 재료 및 이를 사용한 시트가 기재된다. 이온성 액체, 및 이온성 액체에 현탁되고 전자기파를 반사, 억제 또는 흡수할 수 있는 미세 입자를 포함하는 젤 상태의 전자기파 차폐 재료가 또한 기재된다. 전자기파 차폐 재료는 시트 형태로 사용될 때 가요성 및 고도의 전자기 간섭 차폐 능력 둘 모두를 제공할 수 있으며, 일부 응용예에서 내연성 및 내열성을 제공할 수 있다.
차폐 구조, 미세 입자, 이온성 액체, 전자기파, 수지 필름

Description

전자기파 차폐 재료 및 시트{ELECTROMAGNETIC WAVE SHIELDING MATERIAL AND SHEET}
본 발명은 전자기파 차폐 재료에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 이온성 액체를 포함하는 전자기파 차폐 재료 및 이를 사용하여 제조된 시트에 관한 것이다.
최근 수년간, 전자 통신 기기는 점점 더 소형화되었고, 전자 통신용 동작 주파수는 고주파화되었다. 그 결과, 전자 기기가 허용량을 초과하는 전자기 간섭(electromagnetic interference, EMI)을 방출할 수 없도록 그리고 다른 기기로부터의 전자기파의 외부 방출을 받아 들이지 않도록 전자 기기를 위한 효과적인 전자기파 차폐를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 내부 산란된 전자기파로부터 생기는 간섭을 방지하기 위해 전자 기기 내에 생성된 전자기파를 흡수하는 것이 바람직하다. 더욱이, 무선 및 모바일 기기가 점점 더 보급됨에 따라, 빌딩 또는 실내의 벽과 같은 표면에 부착되는 흡수 재료(absorption material)를 사용하여 EMI를 억제할 필요성은 표면에서의 전자기파의 반사 및 간섭을 방지하기 위해 점차 중요해지고 있다.
일반적으로, EMI 차폐 재료 또는 전자기 적합성(electromagnetic compatibility, EMC) 재료는 양호한 EMI 차폐 성능 외에도 실장을 용이하게 하는 가요성(flexibility)을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 차폐 재료는 취급 및 실장의 용이함을 위해 시트로 가공되는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 금속 및 자성 재료와 같이 전도성 손실, 유전성 손실 또는 자성 손실을 발생시키는 재료(수지 재료에 분산됨)를 포함하는 EMI 차폐 재료를 차폐 재료로서 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 더욱이, EMI 차폐 성능을 증가시키기 위하여, 차폐 재료가 수지 재료 중에 많은 양의 미세 충전제 입자를 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 많은 양의 미세 충전제 입자가 수지 중에 분산된 수지 재료의 제조 공정은 용이하지 않으며, 일부 경우에는 가요성이 감소된 EMI 차폐 재료로 또한 이어질 수 있다. 그러므로, 통상의 수지 및 미립자 재료를 사용하여 제조된 EMI 차폐 시트의 경우에, 고도의 가요성 및 고도의 EMI 차폐 요건의 둘 모두를 동시에 충족시키기는 어려웠다.
반면에, 일본 특허 공개 제64-52302호 및 일본 특허 공개 제200673991호에 기재된 바와 같이, 점성 수지가 아니라 높은 유전 상수를 갖는 액체 매질, 전기적 극성을 갖는 액체 또는 전해질 용액 중에 미세 입자를 분산시키는 기술이 존재한다. 적합한 용매 및 전해질 용액에 관하여, 예시적인 액체로는 물, 글리세린, 메틸 알코올 또는 에탄올과 같은 알코올, 및 염화나트륨 수용액 또는 요오드화나트륨 수용액과 같은 할로겐화물 수용액을 포함한다. 이러한 액체는 액체의 유전성 손실로 인해 감소된 EMI 흡수 효능을 나타낼 수 있으며, 일부 액체는 또한 휘발성 및/또는 가연성일 수 있다. 그러나, 이들 공지의 재료를 시트로 가공하는 경우에는, 내구성, 내연성 및 내열성을 부여하는 것이 요망된다. 이러한 결점 외에도, 이들 액체 중의 미세 입자의 분산과 관련하여, 단지 페라이트계 자성 분말만이 일반적으로 사용되었다.
이온성 액체가 EMI 흡수 재료로서 사용되는 예들이 또한 있게 된다. PCT 특허 공개 WO 2006/053083호는 중합성 이온성 액체 단량체가 중합에 의해 고형화되는 EMI 흡수 재료를 기재한다. PCT 특허 공개 WO 2004/069327호는 2개의 투명한 창 유리판 및 이들 투명한 창 유리판 사이에 밀봉된 이온성 액체를 포함하는 EMI 차폐 구조체를 기재한다. 이러한 경우에, 이온성 액체를 사용하여 EMI 차폐가 시도되었으나, 단지 이온성 액체만을 사용하여 적절한 EMI 차폐를 달성하기는 어렵다. 더욱이, 이들 이온성 액체 재료 중에 EMI 흡수 재료의 미세 입자를 사용하는 것은 이전에 알려져 있지 않았고, 그 구조로 인하여 고체 재료 중에 많은 양의 충전제를 얻는 것이 어려울 수 있다.
개요
일 태양에서, 본 발명은 내연성 및 내열성을 나타낼 수 있고 시트로 형성될 때 재료의 높은 수준의 차폐 능력 및 높은 가요성 둘 모두를 달성할 수 있는 EMI 차폐 재료를 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은 일부 실시 형태에서 이온성 액체 및 EMI를 반사, 억제 또는 흡수할 수 있는 미세 입자(이온성 액체에 분산됨)를 포함하는 젤 상태의 EMI 차폐 재료를 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은 상기의 EMI 차폐 재료, 및 일부 실시 형태에서 EMI 차폐 재료를 코팅 및 밀봉하고 이 재료를 시트 형태로 유지하는 보호 구조체를 포함하는 EMI 차폐 시트를 제공한다.
본 발명의 일부 예시적인 실시 형태에서, EMI 차폐 재료는 이온성 액체에 분산되고 EMI를 반사, 억제 또는 흡수할 수 있는 미세 입자(이하, "EMI 차폐 미세 입자"라고 함)를 포함한다. 소정의 예시적인 실시 형태에서, EMI 차폐 미세 입자 및 이온성 액체의 상승적으로 높은 EMI 차폐 효과를 얻는 것이 가능할 수 있다. 다른 예시적인 실시 형태에서, EMI 차폐 재료는 이온성 액체 중에 미세 입자 충전제를 포함하며, 여기서 상기 이온성 액체는 젤화되어 취급이 용이하며, 추가적으로 상기 재료는 시트 재료로 쉽게 가공된다. 소정의 예시적인 실시 형태에서는, 젤화된 EMI 차폐 재료의 표면에, 예를 들어 필름 재료를 사용하여 보호 덧층(protective overlayer)을 구비할 수 있다. 이러한 실시 형태에서는, EMI 차폐 시트를 쉽게 제조할 수 있다.
본 발명의 소정의 예시적인 실시 형태의 소정의 특징 및 이점은 상기한 바와 같이 높은 EMI 차폐 효과를 달성할 수 있는 능력, 및 비교적 얇은 가요성 필름을 사용하여 적절한 EMI 차폐를 달성할 수 있는 능력을 포함할 수 있다. 다른 예시적인 실시 형태는 휘발성 또는 가연성 재료를 전혀 사용하지 않아 향상된 내연성 및 내열성을 EMI 차폐 재료에 부여하는 이점을 제공할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 형태의 다양한 태양 및 이점을 요약하였다. 상기 개요는 본 발명의 각각의 예시된 실시예 또는 모든 구현예를 설명하고자 하는 것은 아니다. 하기의 도면 및 상세한 설명은 본 명세서에 개시된 원리를 이용하는 소정의 바람직한 실시 형태를 더욱 특정하게 예시한다.
도 1은 본 발명의 소정의 실시 형태를 평가하는 데 사용된, EMI 차폐 효과를 측정하는 장치를 위한 차폐 박스(shield box)를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 소정의 실시 형태를 평가하는 데 사용된, EMI 차폐 효과를 측정하는 장치의 구성을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 소정의 예시적인 실시 형태에 따른 주파수 대 전기장 차폐 효과를 도시한 그래프.
이제, 본 발명의 다양한 예시적인 실시 형태를 특히 도면을 참조하여 설명할 것이다. 본 발명의 예시적인 실시 형태는 본 발명의 요지 및 범주를 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변경을 취할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 형태는 이하에 설명된 예시적인 실시 형태로 제한되지 않으며, 청구의 범위에 설명된 한정 사항(limitation)과 그의 임의의 등가물(equivalent)에 의해서 좌우되는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 한 가지 예시적인 EMI 차폐 재료는 이온성 액체 및 그 이온성 액체에 분산된 EMI 차폐 미세 입자를 포함하는 젤 상태의 재료이다. 본 명세서 전반에 걸쳐, 용어 "이온성 액체"는 액체 형태의 염, 즉 적어도 하나의 양이온 및 적어도 하나의 음이온을 포함하는 염을 의미한다. 이온성 액체 중의 양이온 및 음이온은 각각 양 및 음으로 하전되므로, EMI를 흡수할 수 있고 EMI 차폐 효과를 발휘할 수 있다.
일부 예시적인 실시 형태에서, 이온성 액체는 낮은 융점(전형적으로 100℃ 이하)을 갖는 저융점 유기 염을 포함한다. 소정의 예시적인 실시 형태에서, 염은 바람직하게는 사용 온도 조건 하에서, 예를 들어, 실온(예를 들어, 약 25℃)에서 액체 상태로 남아 있다. 이러한 염을 또한 본 명세서에서는 "상온 용융염"(normal temperature molten salt)이라고 한다. 소정의 예시적인 실시 형태에서, 이온성 액체는 열적으로 그리고 화학적으로 둘 모두에서 고도로 안정하며, 일부 예시적인 실시 형태에서 비휘발성이어서 생성된 EMI 차폐 재료에 내연성 및 내열성이 부여될 수 있다.
예시적인 이온성 액체와 관련하여, 공지된 이온성 액체가 사용될 수 있다. 하나 이상의 하기 음이온과 조합하여 이온성 액체를 형성할 수 있는 적합한 양이온의 예에는, 1차 (R1NH3 +), 2차 (R1R2NH2 +), 3차 (R1R2R3NH+) 및 4차 (R1R2R3R4N+) 사슬형 암모늄 양이온 (여기서, R1, R2, R3 및 R4는 독립적으로 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 페닐기를 나타냄) 및 환형 암모늄 양이온이 포함된다. 환형 암모늄 양이온의 예에는 옥사졸륨, 티아졸륨, 이미다졸륨, 피라졸륨, 피롤리늄, 푸라자늄, 트라이아졸륨, 피롤리디늄, 이미다졸리디늄, 피라졸리디늄, 피롤리늄, 이미다졸리늄, 피라졸리늄, 피리디늄, 피라디늄, 피리미디늄, 피리다지늄, 피페리디늄, 피레라지늄, 모르포리늄, 인돌륨 및 카르바졸륨이 포함된다.
다른 예시적인 양이온에는 사슬형 포스포늄 양이온 (R5R6R7P+ 및 R5R6R7R8P+), 사슬형 설포늄 양이온 (R9R10R11S+) (여기서, R5, R6, R7, R8, R9, R10 및 R11은 독립적으로 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 페닐기를 나타냄) 및 환형 설포늄 양이온이 포함된다. 환형 설포늄 양이온의 예에는 티오페늄 및 티오피라늄이 포함된다.
하나 이상의 상기 양이온과 조합하여 이온성 액체를 형성할 수 있는 적합한 음이온의 예에는 포스페이트 (PO4 3 -, R12PO4 2 -, R12R13PO4 -), 포스포네이트 (R12PO3 2 -, R12R13PO3 -), 포스피네이트 (R12R13PO2 -) 및 보레이트 (BO3 3 -, R12BO3 2 -, R12R13BO3 -) (R12 및 R13은 독립적으로 수소 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 페닐기를 나타냄)가 포함된다.
상기 양이온과 조합하여 이온성 액체를 형성하는 추가적인 음이온의 예에는 테트라플루오로보레이트 (BF4 -), 헥사플루오로포스페이트 (PF6 -), 헥사플루오로아르세네이트 (AsF6 -), 트라이플루오로메틸설포네이트 (CF3SO3 -), 비스(플루오로설포닐)이미드 [(FSO2)2N-], 비스(트라이플루오로메틸설포닐)이미드 [(CF3SO2)2N-], 비스(트라이플루오로에틸설포닐)이미드 [(CF3CF2SO2)2N-] 및 트리스(트라이플루오로메틸설포닐메타이드 [(CF3SO2)3C-]가 포함된다.
일부 예시적인 실시 형태에서, 미립자 충전제를 이온성 액체에 첨가하여 EMI 차폐 효과를 증가시킬 수 있다. 소정의 예시적인 실시 형태에서, 이온성 액체에 미세 입자를 첨가하면 이온성 액체를 젤화할 수 있거나 또는 준-고형화(quasi-solidified)(예컨대, 젤화)되게 할 수 있다. 적합한 EMI 차폐 입자의 예에는 카본 미세 입자, 및 공지의 전도성, 유전성 또는 자성 미세 입자가 포함된다. 예를 들어, 예시적인 전도성 미세 입자에는 Al, Fe, Ni, Cr, Cu, Au 및 Ag, 그 합금, 및 그 조합과 같은 금속 입자가 포함된다. 예시적인 카본 미세 입자에는, 예를 들어, 카본 블랙, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 풀러렌(fullerene) 및 다이아몬드가 포함된다. 예시적인 유전성 미세 입자에는, 예를 들어, SiO2, Al2O3, 티탄산바륨 및 산화티타늄 및 그 조합의 미세 입자가 포함된다. 예시적인 자성 미세 입자에는, 예를 들어, 마그네타이트 (Fe3O4), 퍼멀로이 (Fe-Ni) 및 센더스트 (Al-Si-Ni), 및 그 조합과 같은 전이 원소를 포함하는 금속 합금 및 금속 산화물의 미세 입자가 포함된다.
소정의 실시 형태에서, 1종의 미세 입자가 첨가될 수 있거나 또는 1종 초과의 미세 입자의 혼합물이 사용될 수 있다. 첨가된 미세 입자는 EMI를 흡수, 억제 또는 반사하여 EMI 차폐 효과를 발휘할 수 있게 한다. 따라서, 본 발명의 EMI 차폐 재료는 이온성 액체와의 상승적 효과에 의해서 더 높은 EMI 차폐 효과를 발휘할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 전기적 이중 층이 입자 주위에 형성되도록 미세 입자를 이온성 액체에 잘 분산되게 하여, 미세 입자가 응집하는 경향을 억제하며, 일부 실시 형태에서는 미세 입자의 양호한 분산성 및 분산 안정성으로 이어진다.
소정의 예시적인 실시 형태에서, 미세 입자의 크기는 바람직하게는 수평균 입자 크기로 1 ㎚ 이상, 및 100 ㎛ 이하이다. 미세 입자의 수평균 입자 크기는, 예를 들어, 주사 전자 현미경(SEM) 또는 투과 전자 현미경(TEM)을 사용하여 또는 동적 광 산란법(DLS)을 사용하여 측정할 수 있다.
일반적으로, 미세 입자의 크기가 더 작아지고 미세 입자의 표면적이 증가하는 경우, 소량의 미세 입자를 이온성 액체에 첨가함으로써 젤화를 야기할 수 있다. 그러므로, 일부 실시 형태에서, 이온성 액체를 더욱 쉽게 젤화하기 위하여, 미세 입자의 크기를, 예를 들어, 10 ㎛ 이하, 더 바람직하게는 1 ㎛ 이하의 직경으로 선택 또는 조절하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 섬유질 미세 입자를 사용함으로써 젤화를 달성할 수 있다. 반면에, 미세 입자 그 자체가 전자기 차폐 효과를 갖기 때문에, 미세 입자의 충전제 양을 증가시키는 것이 때때로 바람직하다. 이러한 예시적인 실시 형태에서는, 이온성 액체가 분리되지 않는 한 비교적 더 큰 입자(직경이 적어도 1 ㎛, 더 바람직하게는 10 ㎛ 이상)를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
예를 들어, 구형, 막대형, 판형 및 침상 섬유를 포함하는 다양한 형상 및 물리적 형태의 미세 입자를 선택할 수 있다. 소정의 예시적인 실시 형태에서, 미세 입자의 크기는 입자의 무게 중심 또는 질량 중심을 통과하는 최대 크기를 말한다. 예를 들어, 막대 형태의 미세 입자의 경우에는 막대의 저부의 직경과 같은 섬유 기부의 최대 크기와 막대 높이를 비교할 수 있고 더 긴 크기를 미세 입자의 크기로서 취할 수 있는 반면에, 판 형태의 경우에는 판 표면의 최대 크기를 취할 수 있고, 마찬가지로 침상 섬유 형태의 경우에는 섬유의 길이를 미세 입자의 크기로서 취할 수 있다.
상기한 바와 같이, 일부 실시 형태에서 이온성 액체 중의 EMI 차폐 미세 입자의 양이 증가함에 따라, EMI 차폐 성능이 바람직하게는 향상될 수 있다. 그러나, EMI 차폐 미세 입자의 양이 너무 많은 경우, 생성된 EMI 차폐 재료를 시트로 가공하기 어려워질 수 있으며 기계적 강도 및 가요성이 손실되는 경향이 있다. 반면에, EMI 차폐 미세 입자의 양이 너무 적은 경우, EMI 차폐 효과가 감소되고 EMI 차폐 재료의 젤화가 일어나지 않으며, 따라서 시트로 가공할 수 없게 되고 이온성 액체가 EMI 차폐 시트로부터 스며나오는 경향이 있을 수 있다.
이러한 관점에서, 이온성 액체 중의 EMI 차폐 미세 입자의 양을 특별히 제한하고자 하는 것은 아니지만, 일부 예시적인 실시 형태에서 그 양은 EMI 차폐 미세 입자 및 이온성 액체를 포함하는 EMI 차폐 재료의 질량을 기준으로 바람직하게는 5 내지 90 질량%이다. 소정의 예시적인 실시 형태에서, EMI 차폐 미세 입자의 양은 바람직하게는 10 질량% 이상, 더 바람직하게는 20 질량% 이상; 및 바람직하게는 80 질량% 이하, 더 바람직하게는 50 질량% 이하이다.
일부 예시적인 실시 형태에서, 본 발명의 EMI 차폐 재료는 EMI 차폐 미세 입자를 이온성 액체에 충전함으로써 젤화할 수 있다. 젤 상태는 유동성의 손실의 결과로서 고도로 점성인 상태를 의미한다. 일부 실시 형태에서, 젤 상태는 탄성 고체의 형성, 또는 고체로서 효과적으로 거동할 만큼 충분히 큰 탄성 계수를 갖는 액체의 형성에 상응할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "유동성의 손실"은 하기에 기재된 EMI 차폐 재료를 기재 상에 코팅할 때 액체 유동이 일어나지 않거나 거의 일어나지 않는 상태를 의미한다. 젤화된 EMI 차폐 재료의 일부 예시적인 실시 형태에서는, 유동을 억제하여 형상을 유지할 수 있다. 따라서, 다층 시트 또는 필름을 형성하는 라미네이션을 포함할 수 있는, EMI 차폐 재료의 임의의 가공을 실시하기가 더 쉬워질 수 있다.
소정의 예시적인 실시 형태에서, EMI 차폐 재료는 젤 상태이며, 따라서 다양한 기부 재료 상에 코팅할 수 있고 밀봉된 용기, 예를 들어 다양한 형상의 백에 넣을 수 있다. 예를 들어, EMI 차폐 재료를 코팅 및 밀봉하여 이를 시트 형태로 유지할 수 있는 보호 구조체를 제공함으로써 EMI 차폐 재료를 또한 시트로 가공할 수 있다.
전자기 차폐 재료를 제조하는 한 가지 예시적인 방법 및 이 재료를 시트로 가공하는 방법을 이제 설명할 것이다. 우선, 이온성 액체 및 EMI 차폐 미세 입자를 적합한 비로 혼합하고 이를 교반하여 EMI 차폐 재료를 형성한다. 이때, 예를 들어 볼 밀(ball mill)과 같은 혼련기(kneader)를 혼합 및 교반에 사용할 수 있으나, 이온성 액체는 일반적으로 그 성질상 미세 입자와 잘 혼합될 수 있으며, 그럼으로써 미세 입자를 분산시켜 젤 상태의 조성물을 얻는다. 그러므로, 일부 예시적인 실시 형태에서, 특정 혼련기를 사용하기 않고도 실온에서 EMI 차폐 재료를 얻을 수 있다. 다른 예시적인 실시 형태에서, 이온성 액체의 융점이 실온보다 높은 경우, 이온성 액체를 융점보다 높은 온도로 가열하여 액화시키고 이어서 미세 입자와 혼합할 수 있다.
이어서, 하나 이상의 가요성 필름, 예를 들어, 플라스틱 또는 중합체 필름을 제공할 수 있고, 전술한 바와 같이 제조된 EMI 차폐 재료 젤을 하나 이상의 필름 사이에 끼워 넣어 생성된 다층 필름 구조체가 미리 결정된 두께를 가질 수 있게 하고, 따라서 EMI 차폐 시트를 형성한다. EMI 차폐 재료를 2개의 필름 사이에 끼워 넣기 위하여, 예를 들어, 캐스팅 또는 스크린 프린팅 방법을 사용하여 하나의 필름을 코팅하고, 이어서 다른 필름을 첫번째 필름에 라미네이팅할 수 있다. 가요성 필름의 두께는 얻어진 EMI 차폐 시트가 필요로 하는 가요성에 따라 적절히 선택할 수 있고 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 약 10 내지 2,000 ㎛일 수 있다. 젤의 두께는 특별히 제한되지 않으며, EMI 차폐 재료가 필요로 하는 특성에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 약 5 내지 약 1,000 ㎛이다.
적합한 가요성 필름의 비-제한적인 예에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비닐 클로라이드, 폴리카르보네이트, 열가소성 폴리우레탄, 셀로판(상표명), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리에틸렌 프탈레이트(PET), 폴리스티렌, 폴리(비닐리덴 클로라이드), 아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리올레핀계 수지, 불소계 수지(PVdF, ETFE 포함), 폴리이미드 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리아미드 및 폴리페닐렌 에테르로 형성된 수지 필름이 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
또한, 소정의 예시적인 실시 형태에서는, 하나 이상의 가요성 필름을 라미네이팅함으로써 시트를 형성하는 것이 반드시 필요한 것은 아니다. 예를 들어, 특히 얇은 시트가 필요한 경우, 전자기 차폐 재료로 제조된 시트의 표면에 보호 구조체를 구비하여 이온성 액체가 스며나오는 것을 방지하고, 따라서 EMI 차폐 시트를 제조할 수 있다. 한 가지 예시적인 보호 구조체로서, 전자기 차폐 재료로 제조된 시트의 표면 상에 얇은 중합체 보호 필름을 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
예시적인 실시 형태에서, 자외선 중합성 단량체와 같은 중합성 화합물을 이형 처리된 2개의 기부 재료(예를 들어, 이형 처리된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름) 상에 코팅하고, 젤 상태의 EMI 차폐 재료를 기재 사이에 끼워 넣어 중합성 화합물로 코팅된 면이 서로 마주 보도록 이들 기부 재료를 적층시켜 젤 상태의 EMI 차폐 재료를 미리 정해진 두께로 조절하고, 자외선 또는 다른 화학 방사선원의 조사를 통해 중합성 화합물의 중합이 이어질 수 있다.
이어서, 이형 처리된 기부 재료를 제거하여, 표면 상에 중합체 보호 필름을 포함하고 EMI 차폐 재료로 제조된 시트를 얻을 수 있다. 대안적으로, 소정의 예시적인 실시 형태에서, 젤 상태의 전자기 차폐 재료를 수지 필름 상에 코팅하여 EMI 차폐 층을 형성할 수 있다. EMI 차폐 층의 표면 상에, 분무 방법을 사용하여 광중합성 보호 필름을 직접 형성하고 이어서 자외선을 조사하여 보호 필름을 중합하여 고형화할 수 있다.
일부 예시적인 실시 형태에서, 본 발명의 EMI 차폐 재료는 이온성 액체 및 EMI 차폐 입자 외에도, 필요하다면, 산화방지제, 자외선 반사제, 소포제, 안료, 분산제 및 다른 첨가제를 또한 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 형태를 상기에 기재하였고 하기 실시예로서 추가로 설명하며, 이는 어떤 식으로든 본 발명의 범주에 제한을 가하고자 하는 것이 아닌 것으로 해석된다. 반대로, 본 명세서의 설명을 읽은 후, 본 발명의 요지 및/또는 첨부된 청구의 범위의 범주를 벗어남이 없이 본 기술 분야의 숙련자에게 제안될 수 있는 다양한 다른 실시 형태, 수정 및 등가물에 의지할 수 있는 것으로 분명하게 이해되어야 한다. 더욱이, 발명의 넓은 범주를 설명하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 특정 실시예를 설명하는 수치 값은 가급적 정밀하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치 값은 그 개개의 시험 측정에서 발견되는 표준 편차로부터 필수적으로 생기는 특정 오차를 본질적으로 포함한다. 최소한, 그리고 청구의 범위의 범주에 대한 균등론(doctrine of equivalents)의 적용을 제한하려고 시도함이 없이, 각각의 수치적 파라미터는 보고된 유효 숫자의 수의 관점에서 그리고 통상의 반올림 기법을 적용하여 적어도 해석되어야 한다.
실시예 1
이온성 액체 중에 유전성 미세 입자, SiO2 입자를 포함하는 EMI 차폐 재료의 시트를 하기 절차에 의해 제조하였다.
하기 화학식 1:
Figure 112009059274392-pct00001
(여기서, Ra는 에틸을 나타내고, X-는 BF4 -를 나타냄)의 8.0 g의 이온성 액체 (EMI-BF4) (1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 일본 도쿄 소재의 간토 케미칼즈(KANTO CHEMICALS) 제조)에, 4.5 g의 SiO2 입자 [직경이 12 ㎚인 에어로실(Aerosil) 200 (상표명), 일본 도쿄 소재의 니폰 에어로실(NIPPON AEROSIL) 제조]를 첨가하고, 이어서 이온성 액체가 완전히 젤화될 때까지 혼합하였다. 볼 밀과 같은 혼련기를 사용하지 않고, 스패튤라(spatula)로 수분 동안 혼합하여 이온성 액체를 젤화하였다.
이어서, 젤을 이형 처리된 50 ㎛ 두께의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름 (SP50, 일본 도쿄 소재의 파낙 컴퍼니 엘티씨(PANAC CO. LTD) 제조) 상에 나이프 코팅기를 사용하여 코팅하여 젤 층을 형성하였다. 젤 층을 38 ㎛ 두께의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 (A31, 일본 도쿄 소재의 듀폰 테이진 필름즈(DUPONT TEIJIN FILMS) 제조)과 라미네이팅하여 EMI 차폐 시트를 얻었다. 젤 층의 두께는 약 500 ㎛가 되도록 조절하였다.
제조된 EMI 차폐 시트를 100 ㎜ × 30 ㎜ 크기로 절단하였고 이를 측정 샘플로 취하였다.
실시예 2
4.5 g의 SiO2를 3.5 g의 전도성 미세 입자, 카본 블랙 (#303CB, 직경이 55 ㎚인 입자 크기를 가짐, 일본 도쿄 소재의 미츠비시 케미칼 리미티드(MITSUBISHI CHEMICAL LTD.) 제조)으로 대체하여 EMI 차폐 재료의 시트를 형성한 점을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 방식으로 측정 샘플을 제조하였다.
실시예 3
4.5 g의 SiO2를 1.2 g의 전도성 미세 입자, 탄소 섬유 (VGCF, 직경이 150 ㎚이고 길이가 약 1 ㎛ 미만인 입자 크기를 가짐, 일본 도쿄 소재의 쇼와 덴코 가부시키가이샤(SHOWA DENKO K.K.) 제조)로 대체하여 EMI 차폐 재료의 시트를 형성한 점을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 방식으로 측정 샘플을 제조하였다.
실시예 4
4.5 g의 SiO2를 10 g의 자성 미세 입자, Fe3O4 입자 (FE007PB, 직경이 1 ㎛ 미만인 입자 크기를 가짐, 일본 도쿄 소재의 고우쥰도 케미칼 래브러토리(KOUJYUNDO CHEMICAL LABORATORY) 제조)로 대체하여 EMI 차폐 재료의 시트를 형성한 점을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 방식으로 측정 샘플을 제조하였다.
실시예 5
4.5 g의 SiO2를 55 g의 자성 미세 입자, Fe-Ni (퍼말로이) 합금 미세 입자 (50% Fe-50% Ni, 직경이 10 ㎛ 인 입자 크기를 가짐, 일본 도쿄 소재의 엡손 아토믹 리미티드(EPSON ATOMIC LTD.) 제조)로 대체하여 EMI 차폐 재료의 시트를 형성한 점을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 방식으로 측정 샘플을 제조하였다.
실시예 6
이온성 액체로서, PX-4 H2PO4 (테트라부틸포스포늄 포스페이트)를 사용하였다. 이 이온성 액체를 하기 방법으로 제조하였다. 17.5 g의 85 wt% 인산 수용액 (일본 도쿄 소재의 시그마-알드리치 케미칼 컴퍼니(SIGMA-ALDRICH CHEMICAL CO.) 제조)을 100 g의 40 wt% PX-4 수용액 (일본 도쿄 소재의 시그마-알드리치 케미칼 컴퍼니에 제조된 테트라부틸포스포늄 하이드록사이드 용액)에 얼음 냉각 하에 적가하였다. 얻어진 혼합물을 회전 증발기를 사용하여 농축한 다음, 염화메틸렌으로 추출하였다. 염화메틸렌 층을 황산마그네슘으로 탈수시키고 염화메틸렌을 회전 증발기를 사용하여 농축시킨 다음, 감압 하에 60℃에서 건조시켜 41 g의 PX-4 H2PO4를 투명한 무색의 점성 액체 형태로 얻었다. 7.1 g의 유전성 미세 입자, Al2O3 (직경이 31 ㎚인 입자 크기를 가짐, 일본 도쿄 소재의 씨.아이. 가세이(C. I. KASEI) 제조)를 8.0 g의 PX-4 H2PO4와 혼합한 다음, 실시예 1에서와 동일한 조건 하에 EMI 차폐 재료의 시트 및 샘플을 제조하였다.
실시예 1 내지 실시예 6에서 제조된 샘플의 전자기 차폐 특성(전기장 차폐 효과)을 하기에 기재된 KEC 방법에 의해 측정하였다. KEC 방법은 간사이 일렉트로닉 인더스트리 디벨롭먼트 센터(KANSAI ELECTRONIC INDUSTRY DEVELOPMENT CENTER)에 의해 개발된 측정 방법이다. 이 측정 방법을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명할 것이다. 먼저, 2개의 차폐 박스(100)를 제공하는데, 각각의 차폐 박스(100)는 폭(W) 80 ㎜ × 높이(H) 100 ㎜의 직사각형 단면을 갖는 깊이(D)의 내부 공동(1)을 형성하는 길이(L)의 면판(12)을 갖는다. 공동(1) 내에 중심 도체(2)가 배치되고, 공동(1)과 연통되게 각각의 차폐 박스(100)의 일측에 테이퍼진 피라미드형 구조체가 형성된다. 각각의 테이퍼진 피라미드형 구조체의 단부에 입/출력부(3)가 제공된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 차폐 박스를 개구가 서로 마주보도록 배치한다. 샘플(4)을 2개의 차폐 박스(100)의 각 면판(12) 사이에 배치하고 압착하여 EMI 가스켓(5 - 5')을 통해 밀봉한다. 신호 발생기(6)에 의해 전자기파를 발생시키고, RF 전력 증폭기(7) 및 감쇠기(8)를 사용하여 전력 레벨을 조절하여 이를 입/출력부(3)로 전송한 다음, 어느 하나의 중심 도체(2)로부터 샘플(4)로 오실레이팅한다. 샘플(4)을 통과한 EMI는 반대편에 위치한 다른 중심 도체(2)로부터 입/출력부(3)를 통해 전송되고, 레벨을 감쇠기(8) 및 RF 전치-증폭기(9)로 조절하고 스펙트럼 분석기(10)로 수신 주파수(수신 레벨)로서 검출한다. 부수적으로, KEC 방법에 의한 측정의 상세 사항은 공지의 문헌 [E. Hariya and M. Umano, "Instruments for measuring the electromagnetic shielding effect" Electromagnetic Compatibility Tokyo vol. 11, pp800-805, 1984]을 참조할 수 있다.
차폐 효과(SE)는 하기 식을 사용하여 결정하였다:
SE (㏈) = 20logE1 - 20logE2
여기서, E1은 샘플(4)이 존재하는 않을 때의 수신 레벨이고, E2는 샘플(4)이 존재할 때의 수신 레벨이다.
도 2에 도시된 바와 같은 측정 장치를 사용하여 전기장 차폐 효과를 측정하였고, 그 측정 결과를 도 3에 나타낸다. 도 3의 그래프에서, 가로좌표는 주파수를 나타내고 세로좌표는 상기 방정식에 따라 계산된 것과 같은 전기장 차폐 효과(SE)를 나타낸다. 이 그래프로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 6은 각각 EMI 차폐 효과를 나타낸다. 특히, 카본 및 자성 미세 입자를 이온성 액체 중의 미세 입차 충전제로서 사용한 경우, SiO2 및 Al2O3를 사용한 경우와 비교하여 더 넓은 주파수 범위에 걸쳐 더 높은 EMI 차폐 효과가 관찰되었다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시 형태", "소정의 실시 형태", "하나 이상의 실시 형태" 또는 "실시 형태"는 용어 "실시 형태" 앞에 용어 "예시적인"을 포함하든 포함하지 않든 그 실시 형태와 관련하여 기재된 특별한 특징, 구조, 재료 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 부분에서 "하나 이상의 실시 형태에서", "소정의 실시 형태에서", "일 실시 형태에서" 또는 "실시 형태에서"와 같은 어구의 출현은 본 발명의 동일한 실시 형태를 반드시 참조하는 것은 아니다. 더욱이, 특별한 특징, 구조, 재료 또는 특성은 하나 이상의 실시 형태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
본 명세서는 소정의 예시적인 실시 형태를 상세하게 설명하였지만, 본 기술 분야의 숙련자는 상기의 내용을 이해하여 이들 실시 형태에 대한 변경, 그 변형 및 등가물을 쉽게 생각해 낼 수 있음을 알 것이다. 따라서, 이러한 설명은 상기에 설 명된 예시적인 실시 형태로 부당하게 제한되어서는 안된다는 것을 이해하여야 한다. 특히, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 종점(endpoint)에 의한 수치 값의 언급은 그 범위 내에 포함되는 모든 수를 포함(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4 및 5를 포함)하고자 하는 것이다. 또한, 본 명세서에 사용된 모든 수는 용어 '약'에 의해 수식되는 것으로 간주된다. 다양한 예시적인 실시 형태가 기재되었다. 이들 및 다른 실시 형태들은 이하의 청구의 범위의 범주 내에 속한다.

Claims (7)

  1. 포스페이트, 포스포네이트, 포스피네이트 및 보레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온을 함유하는 이온성 액체, 및 이온성 액체에 분산되고 전자기파를 반사, 억제 또는 흡수할 수 있는 미세 입자를 포함하며, 상기 이온성 액체는 상기 미세 입자를 상기 이온성 액체에 분산시킴으로써 준-고형화(quasi-solidified)되는, 젤 상태의 전자기파 차폐 재료.
  2. 제1항에 있어서, 미세 입자는 전도성, 유전성 및 자성 금속으로부터 선택된 입자인 전자기파 차폐 재료.
  3. 제1항에 있어서, 이온성 액체는 양이온 및 음이온으로만 이루어진 염이고 25℃에서 액체 상태인 전자기파 차폐 재료.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 전자기파 차폐 재료, 및
    전자기파 차폐 재료를 코팅 및 밀봉하며 이를 시트 형태로 유지하는 보호 구조체를 포함하는 전자기파 차폐 시트.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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