KR101481042B1 - 자성시트 복합체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

자성시트 복합체 및 이의 제조 방법 Download PDF

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김진철
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Abstract

본 발명은 근거리통신 전자기기 등에 사용될 수 있는 자성시트 복합체에 관한 것으로서, 자성시트의 양면에 보호필름 및 점착층을 각각 구비하고, 상기 보호필름 및 점착층의 내부에 자성분말을 분산시킴으로써, 비자성 소재에 의한 자기적 특성의 감소를 방지할 수 있다.

Description

자성시트 복합체 및 이의 제조 방법{MAGNETIC SHEET COMPLEX AND PREPARATION THEREOF}
본 발명은 근거리통신(NFC) 전자기기에 사용될 수 있는 자성시트(magnetic sheet) 복합체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전자기기에는 침입 또는 방사되는 전자파를 흡수하기 위해 금속 또는 세라믹 계열의 물질을 이용하고 있다. 최근에는 근거리통신(NFC, near field communication) 기기에 있어서 안테나에 인접한 금속판 또는 도체판에서 발생하는 와전류에 따른 전파 방해를 억제하고 통신거리와 신뢰성을 확보하기 위하여 자성시트(magnet sheet)를 장착하고 있다.
이와 같은 자성시트는 다른 전자 부품과의 유연성 및 접착성을 확보하기 위해, 자성시트의 일면에 폴리머 소재의 보호필름을 구비하고 타면에 점착층을 구비하고 있다(일본 특허 제4277596호 참조). 상기 보호필름은 일반적으로 코팅층, 폴리머 필름 및 접착층으로 이루어지는데, 이들의 소재가 모두 비자성체이므로 자성시트의 자기적 특성을 저해하는 요인으로 작용하게 된다.
특히, 최근에는 전자기기의 휴대성이 강화되면서 모든 부품의 소형화, 박형화 및 경량화가 주요한 쟁점으로 부각되고 있으며, 이에 따라 자성시트의 두께도 더욱 얇아져서 상대적으로 보호필름 및 점착층의 두께 비율이 높아지고 있으므로, 이들 비자성 소재에 의한 저해 현상은 더욱 심각한 문제가 되고 있다.
따라서, 소재의 박형화에도 자성 특성이 저해되지 않는 새로운 자성시트의 개발이 요구된다.
일본 특허 제4277596호 (TODA KOGYO CO) 2009.03.19.
따라서, 본 발명의 목적은 자기적 특성이 개선된 자성시트 복합체 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 자성시트 및 이의 일면에 배치된 보호필름과 타면에 배치된 점착층을 포함하는 자성시트 복합체로서, 상기 보호필름이 폴리머 필름 및 이의 일면에 형성된 코팅층과 타면에 형성된 접착층을 포함하고 상기 접착층이 상기 자성시트에 접착되며, 상기 코팅층, 폴리머 필름, 접착층 및 점착층 중 적어도 하나의 내부에 자성분말이 첨가되어 분산된, 자성시트 복합체를 제공한다.
상기 다른 목적에 따라 본 발명은, (a) 폴리머 필름을 제조하고 일면에 코팅층을 형성하고 타면에 접착층을 형성하여 보호필름을 제조하는 단계; 및 (b) 자성시트의 일면에 상기 보호필름의 접착층을 합지하고 타면에 점착층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 코팅층, 폴리머 필름, 접착층 및 점착층 중 적어도 하나의 내부에 자성분말이 첨가되어 분산되도록 하는, 상기 자성시트 복합체의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 자성시트 복합체는 두께의 박형화에도 종래보다 자기적 특성의 저해가 억제되어 높은 자성 특성을 유지할 수 있고, 비교적 간단한 공정에 의해 제조될 수 있으므로, 근거리통신에서 통신거리와 신뢰성을 확보하기 위한 자성시트로서 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 자성시트 복합체의 구조의 일례를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 자성시트 복합체의 구성 성분 중 보호필름의 구성의 일례를 모식적으로 나타낸 것이다.
자성시트 복합체의 구성 및 물성
본 발명의 자성시트 복합체의 구조를 도 1을 참조하여 설명하면, 자성시트(20)의 일면에 유연성의 보호필름(10)이 배치되고 타면에 점착층(30)이 배치된다. 이때 상기 보호필름(10) 및 점착층(30) 중 하나 이상의 내부에 자성분말(도 1에는 미도시)이 첨가되어 분산될 수 있다.
이하, 상기 각각의 구성 성분들을 구체적으로 설명한다.
자성분말
본 발명의 자성시트 복합체에는, 비자성 소재 내에 자성분말이 분산됨으로써 비자성 소재에 의해 자성 특성이 저해되는 것을 방지할 수 있다.
상기 자성시트 복합체에는, 상기 보호필름 및 점착층의 중량의 합을 기준으로, 상기 자성분말이 5 내지 30 중량%로 함유될 수 있으며, 더욱 한정한다면 15 내지 20 중량%로 함유될 수 있다.
구체적으로, 상기 자성분말은 상기 코팅층에 10 내지 70 중량%로 함유(코팅층 중량 기준)될 수 있고, 더욱 한정한다면 50 내지 70 중량%로 함유될 수 있다.
또한, 상기 자성분말은 상기 폴리머 필름에 10 내지 60 중량%로 함유(폴리머 필름 중량 기준)될 수 있고, 더욱 한정한다면 40 내지 60 중량%로 함유될 수 있다.
또한, 상기 자성분말은 상기 접착층에 5 내지 30 중량%로 함유(접착층 중량 기준)될 수 있고, 더욱 한정한다면 15 내지 20 중량%로 함유될 수 있다.
또한, 상기 자성분말은 점착층에 5 내지 30 중량%로 함유(점착층 중량 기준)될 수 있고, 더욱 한정한다면 15 내지 20 중량%로 함유될 수 있다.
상기 자성분말은 자성을 갖는 금속계 분말 또는 세라믹계 분말이거나 이들의 혼합 분말일 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 자성분말은 퍼말로이(permalloy) 분말, 샌더스트(sendust) 분말, 페라이트(ferrite) 분말, 또는 이들의 혼합 분말일 수 있다.
상기 자성분말의 평균 입경은 0.1㎛ 내지 2.0㎛일 수 있으며, 더욱 한정한다면 0.5㎛ 내지 1.2㎛일 수 있다. 상기 평균 입경은 D50 기준의 입경일 수 있다.
보호필름
본 발명의 자성시트 복합체에서, 외곽에 위치하는 보호필름은 자성시트의 일면 상에 적층되어 자성시트에 굽힙력이 가해졌을 때 크랙에 의한 파편의 발생을 막아 주는 역할을 한다.
또한 본 발명의 자성시트 복합체의 보호필름은 상기 역할에 추가하여 자성시트의 자성 특성을 높이는 역할도 수행한다.
상기 보호필름(10)의 구조를 도 2를 참조하여 설명하면, 폴리머 필름(12) 및 이의 일면에 형성된 코팅층(11) 및 타면에 형성된 접착층(13)을 포함하는 구성을 가진다.
이때 상기 코팅층(11), 폴리머 필름(12), 및 접착층(13) 중 하나 이상의 내부에 자성분말(40)이 첨가되어 분산될 수 있다 (도 2에는 폴리머 필름 내에만 자성분말이 분산된 구조가 나타나 있음).
(1) 코팅층
상기 코팅층은 장착되는 전자기기와 유사한 광택 및 질감을 얻기 위해 폴리머 필름의 일면에 형성된다.
상기 코팅층은 통상적으로 사용되는 바인더 수지를 함유할 수 있으며, 예를 들어 폴리비닐알콜(PVA) 수지, 폴리비닐부티랄(PVB) 수지 또는 이들의 혼합 수지를 함유할 수 있다.
또한 상기 코팅층은 안료 또는 염료를 함유할 수 있으며, 예를 들어 블랙(black), 화이트(white), 블루(blue), 핑크(pink), 투명색 등 응용되는 제품의 특성에 따라 적절한 색상의 안료 및 염료를 함유할 수 있다.
(2) 폴리머 필름
상기 폴리머 필름은 보호필름의 기재로서 자성시트를 보호하고 파편 발생을 방지하는 역할을 한다.
상기 폴리머 필름은 유연성을 갖는 폴리머 필름이라면 어느 것이든 가능하다. 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC), 또는 이들의 혼합 소재를 포함하는 필름이 가능하다.
(3) 접착층
상기 접착층은 폴리머 필름을 자성시트에 부착시키는 역할을 한다.
상기 접착층은 당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 양면 점착 테이프 또는 양면 점착 필름일 수 있다. 예를 들어, 상기 접착층은 아크릴계 점착제, 실리콘계 점착제, 에폭시계 점착제 또는 이들의 혼합 성분을 함유할 수 있다.
자성시트
본 발명의 자성시트 복합체에서, 내부층에 위치하는 자성시트는 전자기기에 침입 또는 방사되는 전자파를 흡수하는 역할을 한다.
상기 자성시트는 소결형(sintered type)의 자성시트, 또는 무소결 건조식의 고분자형(polymeric type)의 자성시트일 수 있다. 또한 상기 자성시트는 페라이트, 퍼말로이, 샌더스트 또는 이들의 혼합 성분으로 이루어진 자성시트일 수 있다. 구체적으로 Mg-Zn계 페라이트, Ni-Zn계 페라이트, Mn-Zn계 페라이트, Ni-Fe계 퍼말로이, Fe-Si-Al계 샌더스트 등으로 이루어진 소결 또는 무소결 건조 시트일 수 있다.
점착층
본 발명의 자성시트 복합체에서, 점착층은 자성시트의 일면에 위치하여 자성시트 복합체가 다른 부품 표면에 부착될 수 있게 한다.
상기 점착층은 당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 양면 점착 테이프 또는 양면 점착 필름일 수 있다. 예를 들어, 상기 점착층에는 에폭시계 점착제, 실리콘계 점착제, 아크릴계 점착제 및 이들의 혼합 성분이 함유될 수 있다.
상기 점착층의 표면, 즉 자성시트와 합지되지 않은 면에는, 점착층을 보호하기 위해 이형 필름(release film)이 부착될 수 있다.
자성시트 복합체의 물성
본 발명의 자성시트 복합체는 총 두께가 40㎛ 내지 1,000㎛일 수 있으며, 적용 제품에 따라 다양한 두께를 가질 수 있다.
자성시트에 대한 보호필름과 점착층의 두께 비율(자성시트:보호필름:점착층)은 1 : 0.05~2 : 0.05~2 일 수 있고, 더욱 한정한다면 1 : 0.15~0.5 : 0.15~0.5 일 수 있다.
본 발명의 자성시트 복합체는 우수한 자기적 특성을 가지며, 예를 들어 투자율이 10 내지 300일 수 있고, 나아가 400 내지 1000도 가능하다. 또한, 본 발명의 자성시트 복합체는 낮은 투자손실율을 가지며, 예를 들어 투자손실율이 0.1 내지 100일 수 있고, 나아가 1 내지 5 도 가능하다.
본 발명의 자성시트 복합체는 전자기기에 부착되어 전자파의 발생/침입을 억제할 수 있으며, 특히 근거리통신 전자기기에 부착되어 통신거리 및 신뢰성을 확보할 수 있고, 박형화하더라도 투자율의 손실이 매우 적다.
자성시트 복합체의 제조방법
본 발명의 자성시트 복합체는 (a) 보호필름의 제조 단계; 및 (b) 자성시트의 일면에 상기 보호필름을 합지하고 타면에 점착층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 보호필름 및 점착층 중 적어도 하나의 내부에 자성분말이 첨가되어 분산되도록 하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
이때 상기 자성시트의 첨가 및 분산은, i) 고속-정밀 믹서에 의해 자성분말이 혼합 분산된 코팅제를 상기 폴리머 필름의 일면에 도포하여 상기 코팅층을 형성하는 단계, ii) 압출기 내에 폴리머 수지와 함께 자성분말을 첨가하여 고속 혼합 분산시켜 상기 폴리머 필름을 성형 제조하는 단계, iii) 고속-정밀 믹서에 의해 자성분말이 혼합 분산된 접착제를 상기 폴리머 필름의 타면에 도포하여 상기 접착층을 형성하는 단계, 및 iv) 고속-정밀 믹서에 의해 자성분말이 혼합 분산된 점착제를 상기 자성시트의 타면에 도포하여 상기 점착층을 형성하는 단계 중 적어도 하나의 단계에 의해 수행될 수 있다.
자성시트의 제조
상기 자성시트는 통상적인 세라믹 소결 공정 또는 무소결 공정에 의해 제조될 수 있다.
상기 소결 공정을 통해서는 소결형(sintered type) 자성시트를 제조할 수 있으며, 예를 들어 페라이트 등의 세라믹 분말과 바인더 성분을 혼합하여 분산시키고 테이프 캐스팅 등에 의해 캐스팅하여 그린시트(green sheet)를 만든 뒤 이를 고온에서 소결하여 제조할 수 있다.
또한, 상기 무소결 공정을 통해서는 고분자형(polymeric type) 자성시트를 제조할 수 있으며, 예를 들어 페라이트 등의 세라믹 분말과 바인더 성분을 혼합하여 분산시키고 테이프 캐스팅, 증착(aero-deposit), 잉크젯 프린팅 등에 의해 코팅하여 그린시트(green sheet)를 만든 뒤 이를 고온 건조하여 제조할 수 있다.
보호필름의 제조
상기 보호필름은 폴리머 필름을 제조하고 이의 일면에 코팅층을 형성하고 타면에 접착층을 형성하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
상기 폴리머 필름은 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있으며, 예를 들어 원료 수지를 용융 혼련하고 압출하여 시트 상으로 성형하여 제조할 수 있다. 이때, 상기 폴리머 필름의 성형시에 압출기(extruder) 내에 폴리머 수지와 함께 자성분말을 첨가하여 고속 혼합 분산시킬 수 있다.
또한, 상기 코팅층은 상기 폴리머 필름의 일면에 바인더 수지 등을 포함하는 코팅제를 도포하고 건조함으로써 제조될 수 있다. 구체적으로 다이 캐스팅, 코팅 등에 의해 도포하고 고온 열풍으로 에이징(aging)할 수 있다. 이때, 상기 코팅제 내에는 고속-정밀 믹서를 이용하여 자성분말을 혼합 분산시킬 수 있다.
또한, 상기 접착층은 상기 폴리머 필름의 타면(코팅층이 형성된 면의 반대면)에 양면 점착 필름을 부착하거나 또는 접착제를 도포 및 건조하여 제조될 수 있다. 이때, 상기 접착제 내에는 고속-정밀 믹서를 이용하여 자성분말을 혼합 분산시킬 수 있다.
이와 같이 제조된 보호필름은 접착층이 자성시트에 부착되도록 합지된다. 상기 합지 공정에는 롤-투-롤(roll to roll) 합지, 시트-투-시트(sheet to sheet) 합지, 롤-투-시트(roll to sheet) 합지 등을 이용할 수 있다.
점착층의 형성
상기 자성시트의 타면(보호필름이 합지된 면의 반대면)에는 양면 점착 필름을 부착하거나 또는 점착제를 도포 및 건조하여 점착층을 형성할 수 있다. 구체적으로 다이 캐스팅, 코팅 등에 의해 고온 열풍으로 에이징할 수 있다. 이때, 상기 점착제 내에는 고속-정밀 믹서를 이용하여 자성분말을 혼합 분산시킬 수 있다.
건조된 점착층 표면에는 점착층의 보호를 위해 이형 필름이 부착될 수 있다.
구체적인 실시예 및 이의 물성 평가
실시예 1: 자성분말을 함유하는 자성시트 복합체의 제조
액상 바인더, 카본블랙 파우더, 기타 용제 등을 함유하는 통상의 코팅액에 평균입경 0.75㎛의 Ni-Zn계 페라이트 분말을 약 55~60중량%로 충진하고 고속 혼합 및 분산하여 자성분말 함유 코팅액을 제조하였다. 상기 코팅액을 두께 3.5㎛의 PET 필름(SKC사)의 일면에 약 3~4㎛의 두께로 도포 및 건조하고, 다른 일면에는 아크릴계 접착제를 두께 약 4~5㎛가 되도록 도포 및 건조하여 자성분말 코팅된 블랙 보호필름을 제조하였다.
이렇게 제조된 보호필름이 가장 상층에 위치하도록 하고, 중간층으로서 두께 60㎛의 Ni-Zn계 페라이트 소결 자성시트(SKC사)가 위치하도록 하고, 가장 하층에 두께 12㎛의 점착층이 포함된 통상의 양면 점착 테이프(VT composite사)가 위치하도록 롤-투-롤 공정을 통하여 합지하여, 자성시트 복합체를 제조하였다.
실시예 2: 자성분말을 함유하는 자성시트 복합체의 제조
아크릴계 바인더, 첨가제, 용제 등을 함유하는 통상의 점착 혼합액에 Ni-Zn계 페라이트 분말을 약 12~15중량%로 충진하고 고속 혼합 및 분산하여 자성분말 함유 점착제를 제조하였다. 두께 3.5㎛의 PET 필름(SKC사)의 양면에 상기 점착제를 약 3~4㎛ 두께로 도포 및 건조하고 이형 필름으로서 두께 50㎛의 PET(SKC사)를 합지하여 자성분말 함유 양면 점착 테이프를 제조하였다.
이렇게 제조된 양면 점착 테이프가 가장 하층에 위치하도록 하고, 중간층으로서 두께 60㎛의 소결 자성시트(SKC사)가 위치하도록 하고, 가장 상층에 통상의 두께 10㎛의 블랙 보호필름(VT composite사)이 위치하도록 롤-투-롤 공정을 통하여 합지하여, 자성시트 복합체를 제조하였다.
실시예 3: 자성분말을 함유하는 자성시트 복합체의 제조
상기 실시예 1에서 제조한 자성분말 코팅된 보호필름이 가장 상층에 위치하도록 하고, 중간층으로서 두께 60㎛의 소결 자성시트(SKC사)가 위치하도록 하고, 가장 하층에는 실시예 2에서 제조한 자성분말 함유 양면 점착 테이프가 위치하도록 롤-투-롤 공정을 통하여 합지하여, 자성시트 복합체를 제조하였다.
비교예 1: 자성분말이 미첨가된 자성시트 복합체의 제조
통상의 두께 10㎛의 블랙 보호필름(VT composite사)이 가장 상층에 위치하도록 하고, 중간층으로서 두께 60㎛의 소결 자성시트(SKC사)가 위치하도록 하고, 가장 하층에는 두께 12㎛ 점착층이 포함된 통상의 양면 점착 테이프(VT composite사)가 위치하도록 롤-투-롤 공정을 통하여 합지하여, 자성시트 복합체를 제조하였다.
이상 제조된 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 자성시트 복합체의 구성을 하기 표 1에 정리하였다.
시험예 1: 자성시트 복합체의 자기적 특성 평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 자성시트 복합체의 투자율 및 손실율을, RF 임피던스 측정기(E4991A, Fixture: 16454A, 애질런트사)를 이용하여 측정하여 하기 표 1에 정리하였다.
실시예 구조 투자율 손실율

실시예 1		 상층 보호필름(자성분말 함유)
149.5
2.23
중간층 자성시트
하층 점착층

실시예 2		 상층 보호필름
132.7
1.98
중간층 자성시트
하층 점착층(자성분말 함유)

실시예 3		 상층 보호필름(자성분말 함유)
156.6
2.84
중간층 자성시트
하층 점착층(자성분말 함유)

비교예 1		 상층 보호필름
127.8
1.56
중간층 자성시트
하층 점착층
상기 표 1에서 보듯이, 자성분말을 함유하는 실시예 1 내지 3의 자성시트 복합체가, 자성분말을 함유하지 않은 비교예 1의 자성시트 복합체보다 투자율이 높고 손실율이 적어 자기적 특성이 훨씬 우수함을 알 수 있다.
1: 본 발명의 일례에 따른 자성시트 복합체
10: 보호필름 11: 코팅층
12: 폴리머 필름 13: 접착층
20: 자성시트 30: 점착층
40: 자성분말

Claims (10)

  1. 자성시트 및 이의 일면에 배치된 보호필름과 타면에 배치된 점착층을 포함하는 자성시트 복합체로서,
    상기 보호필름이 폴리머 필름 및 이의 일면에 형성된 코팅층과 타면에 형성된 접착층을 포함하고 상기 접착층이 상기 자성시트에 접착되며, 이때 상기 코팅층이 바인더 수지 및 카본 블랙을 포함하고,
    상기 코팅층, 폴리머 필름, 접착층 및 점착층 중 적어도 하나의 내부에 자성분말이 첨가되어 분산된, 자성시트 복합체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성시트 복합체가, 상기 보호필름 및 점착층의 중량의 합을 기준으로, 상기 자성분말을 5 내지 30 중량%로 함유하는, 자성시트 복합체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성분말의 첨가가,
    i) 상기 코팅층에 10 내지 70 중량%로 첨가(코팅층 중량 기준),
    ii) 상기 폴리머 필름에 10 내지 60 중량%로 첨가(폴리머 필름 중량 기준),
    iii) 상기 접착층에 5 내지 30 중량%로 첨가(접착층 중량 기준), 및
    iv) 상기 점착층에 5 내지 30 중량%로 첨가(점착층 중량 기준)되는 것 중에서 적어도 하나인, 자성시트 복합체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성분말이 자성을 갖는 금속계 분말 또는 세라믹계 분말이거나 이들의 혼합 분말인, 자성시트 복합체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 자성분말이 퍼말로이(permalloy) 분말, 샌더스트(sendust) 분말, 페라이트(ferrite) 분말, 또는 이들의 혼합 분말인, 자성시트 복합체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성시트 복합체가 10 내지 300의 투자율 및 1 내지 5의 투자손실율을 갖는, 자성시트 복합체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성시트 복합체의 총 두께가 40㎛ 내지 1,000㎛이고, 상기 자성시트에 대한 보호필름과 점착층의 두께 비율(자성시트:보호필름:점착층)이 1 : 0.05~2 : 0.05~2 인, 자성시트 복합체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성시트 복합체가 근거리통신(NFC) 기기에 사용되는, 자성시트 복합체.
  9. (a) 폴리머 필름을 제조하고 이의 일면에 바인더 수지 및 카본 블랙을 포함하는 코팅층을 형성하고 타면에 접착층을 형성하여 보호필름을 제조하는 단계; 및
    (b) 자성시트의 일면에 상기 보호필름의 접착층을 합지하고 타면에 점착층을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 코팅층, 폴리머 필름, 접착층 및 점착층 중 적어도 하나의 내부에 자성분말이 첨가되어 분산되도록 하는, 제 1 항의 자성시트 복합체의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 자성분말의 첨가 및 분산이,
    i) 고속-정밀 믹서에 의해 자성분말이 혼합 분산된 코팅제를 상기 폴리머 필름의 일면에 도포하여 상기 코팅층을 형성하는 단계,
    ii) 압출기 내에 폴리머 수지와 함께 자성분말을 첨가하여 고속 혼합 분산시켜 상기 폴리머 필름을 성형 제조하는 단계,
    iii) 고속-정밀 믹서에 의해 자성분말이 혼합 분산된 접착제를 상기 폴리머 필름의 타면에 도포하여 상기 접착층을 형성하는 단계, 및
    iv) 고속-정밀 믹서에 의해 자성분말이 혼합 분산된 점착제를 상기 자성시트의 타면에 도포하여 상기 점착층을 형성하는 단계 중, 적어도 하나의 단계에 의해 수행되는, 자성시트 복합체의 제조 방법.
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