KR101773928B1 - 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재 - Google Patents

광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재를 개시한다. 본 발명에 의한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재는 동(Cu)과 철(Fe)의 합금비율이 서로 다른 조성으로 이루어진 이종함량의 동철합금 와이어 다수가 망상으로 편조되어 시트 형태의 성형체를 이루도록 형성된 구성을 가진다. 이러한 구성에 따르면, 이종함량 동철합금 와이어 또는 박판이 혼재되도록 합성된 복합함량의 동철합금 성형체로 형성되어 저주파대역에서 고주파대역에 이르는 다양한 형태의 전자기파 발생원으로부터의 전자기파를 효과적이고 효율적으로 동시에 차폐할 수 있는 기능을 확보할 수 있게 된다.

Description

광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재{Broadband electromagnetic wave shielding Cu-Fe alloy sheet}
본 발명은 전자기파 차폐용 동철합금(Cu-Fe alloy) 시트재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동(Cu)과 철(Fe)의 합금비율이 서로 다르게 조성된 이종함량의 동철합금 와이어 또는 박판 다수가 혼재되도록 복합적으로 합성되어 광대역의 전자기파를 효과적이고 효율적으로 차폐할 수 있는 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재에 관한 것이다.
오늘날 전자산업의 발전에 의해 전기전자기기와 정보통신기기 등과 같은 일렉트로닉스(electronics) 제품은 더욱 다기능화되고 복합화되면서 소형화와 경량화되는 경향으로 개발되는 추세에 있다. 이러한 추세에 따라 전기회로의 고밀도화와 고집적화가 진행되면서 동작 주파수가 고주파 대역으로 증가하여 전자기파에 쉽게 노출되는 환경이 조성되고 있다.
주지된 바와 같이 전자기파는 전기의 사용으로 인해 발생하는 에너지 형태의 전계(電界)와 자계(磁界)의 합성파로서, 전계는 모든 전도성 물체에 의해 차폐되는 반면에 자계는 모든 물체를 통과하는 강력한 투과성을 지니고 있다. 이와 같은 전자기파는 우리 주변에 사용중인 가전제품이나 무선통신시스템, 제어시스템, 전력시스템, 고주파기기 및 조명기기 등과 같은 전기전자기기와 전력선 등으로부터 끊임없이 방출되므로, 전자기파에 의한 간섭과 노이즈의 발생은 기기의 오작동이나 신호품질의 저하 등과 같은 장애를 발생시킨다.
또한, 전자기파가 인체에 장시간 노출되면 체온변화와 생체리듬이 깨져 질병으로 발전할 수 있는 가능성이 큰 것으로 알려지고 있다. 이에 따라 국내외에서는 전자기파에 대한 관련 규제가 보편화 및 세분화되고 있으며, 관련업계에서는 전자기파 차폐 기술에 대한 연구개발에 박차를 가하고 있는 실정이다.
통상, 전자기파 차폐 기술은 전자기파 발생원 주변을 차폐하여 외부장비를 보호하는 방법과, 차폐물질 내부에 장비를 보관하여 외부의 전자기파 발생원으로부터 보호하는 방법이 알려져 있다.
즉, 예를 들면 동이나 철, 니켈, 알루미늄, 주석, 아연, 금, 은 등과 같은 금속재료를 이용하여 전자기파 발생원 주변을 차폐하는 방법이 널리 사용되어 왔다.
그러나, 상술한 바와 같은 금속재료를 전자기파 차폐재료로 사용하는 경우 비교적 가격이 비싸고 무거운 단점으로 인하여 기기의 중량과 제조비용이 증가하는 측면에서 최근 일렉트로닉스 기기의 소형화와 경량화 및 저렴화를 위해 플래스틱 재료를 주로 사용하는 흐름에 역행하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위한 방안으로서, 합성섬유에 카본블랙을 혼합하는 방법이나 금속을 도금하는 방법에 의해 도전성을 부여하는 방법 등이 제안되고 있으나, 제조공정의 복잡성과 섬유의 절단시 올이 풀려 단락(short circuit)이 일어나는 등 여러 가지 단점이 있어 본격적인 실용성에 한계를 지니고 있는 문제점이 있다.
특히, 기존의 전자기파 차폐 재료와 차폐 방법에 따르면 저주파대역에서 고주파대역에 이르는 다양한 형태의 전자기파 발생원에 대하여 효과적이고 효율적인 전자기파 차폐가 동시에 이루어지기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경하에서 도출된 것으로서, 상술한 배경 기술의 문제점은 본 출원인이 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나 본 발명의 도출 과정에서 습득한 내용으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공지된 내용이라 할 수는 없다.
(특허문헌 1) 대한민국 등록특허공보 제10-0934292호
(특허문헌 2) 대한민국 등록특허공보 제10-1121880호
(특허문헌 3) 대한민국 등록특허공보 제10-1337959호
(특허문헌 4) 대한민국 등록특허공보 제10-13376602호
(특허문헌 5) 대한민국 등록특허공보 제10-1349029호
(특허문헌 6) 대한민국 등록실용신안공보 제20-0341216호
본 발명은 상술한 바와 같은 배경 기술에 따라 종래 전자기파 차폐재가 지니고 있는 문제점을 감안하여 이를 개선하기 위한 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 동(Cu)과 철(Fe)의 합금비율이 서로 다르게 조성된 이종함량의 동철합금이 혼재되도록 합성된 복합함량의 동철합금 형성에 의해 광대역에 걸친 전자기파를 동시에 효과적이고 효율적으로 차폐할 수 있는 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 매우 경제적으로 성형 제작이 가능한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재는, 동(Cu)과 철(Fe)의 합금비율이 서로 다른 조성으로 이루어진 이종함량의 동철합금 와이어 다수가 망상으로 편조되어 시트 형태의 성형체를 이루도록 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 이종함량의 동철합금 와이어는 다수가 꼬여져 로프 형태로 형성된 복합함량의 동철합금 와이어 다발을 이루는 구성을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명에 의한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재는, 로프 형태의 복합함량 동철합금 와이어 다발 다수가 망상으로 엮여져 시트 형태의 성형체를 이루도록 형성된 구성을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 동철합금 와이어는 서로 다른 직경을 가지고, 망상으로 편조된 시트 형태의 성형체를 이룰 수 있다. 또한, 상기 동철합금 와이어는 서로 다른 직경 것이 로프 형태의 와이어 다발로 형성된 복합함량 동철합금재로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 동철합금 와이어의 사이에 금속 코팅층 또는 금속테이프가 더 적층되도록 형성된 구성을 가질 수 있다. 이와 같은 구성은 상기 동철합금 와이어의 사이에 형성되는 틈새 공간을 밀폐시켜 전자기파 차폐에 대한 정밀성을 보다 높일 수 있도록 하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 다른 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재는, 동(Cu)과 철(Fe)의 합금비율이 서로 다른 조성으로 이루어진 이종함량의 동철합금 박판 다수가 순차적으로 적층되어 시트 형태의 성형체를 이루도록 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 이종함량의 동철합금 박판은 서로 다른 두께를 가지도록 적층되는 구성을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재를 도시해 보인 개략적 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재의 요부를 발췌하여 확대 도시해 보인 개략적 평면 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재를 이루는 와이어가 다발 형태를 이루도록 변형된 실시예를 나타내 보인 개략적 사시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재를 도시해 보인 개략적 사시도.
도 5는 본 발명에 의한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재를 이루는 동철합금의 현미경 조직도.
도 6은 본 발명에 의한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재를 이루는 동철합금과 기존의 동박필름의 전자기파 차폐 효과 및 성능을 비교하여 나타내 보인 그래프.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명에 의한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재를 이루는 이종함량 동철합금 박막의 주파수대역별 전자기파 차폐 효과 및 성능을 나타내 보인 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재를 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 내용과 첨부된 도면은 본 발명에 따른 기술 구성과 작용을 이해하기 위한 것이며, 본 기술 분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분은 생략될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재(100)는, 동(Cu)과 철(Fe)의 합금비율이 서로 다른 조성으로 이루어진 이종함량의 동철합금(Cu-Fe Alloy; 이하 CFA) 와이어(110~160) 다수가 망상으로 편조되어 시트 형태의 성형체를 이루도록 형성된 구성을 가진다.
본 발명에 적용되는 이종함량의 동철합금은 동(Cu) 50%와 철(Fe) 50%로 이루어진 모합금(Mother Alloy; CFA 50)을 예컨대, 고주파 유도로 등을 이용하여 용해한 상태에서 동(Cu)과 철(Fe)의 비중을 고려한 상대적인 함유량을 조절함으로써, 용도에 따라 동(Cu)과 철(Fe)의 합금비율이 다양한 형태로 조성되는 동철합금으로 설계되어 제조된다.
상술한 바와 같이 동(Cu)과 철(Fe)의 합금비율에 따라 여러 형태의 조성비를 가지는 동철합금은 실제로 하기 표 1에서와 같은 기호로 구분되도록 정의되어 생산 판매되고 있다.
동(Cu)과 철(Fe)의 합금비율에 따른 동철합금의 구분
동철합금 구분 기호 Cu wt %(±0.5wt%) Fe wt %(±0.5wt%) 비중
CFA 10 10 90 7.98
CFA 20 20 80 8.07
CFA 30 30 70 8.18
CFA 40 40 60 8.29
CFA 50 50 50 8.39
CFA 60 60 40 8.49
CFA 70 70 30 8.61
CFA 80 80 20 8.72
CFA 90 90 10 8.84
즉, 모합금 CFA 50으로부터 동(Cu)과 철(Fe)의 합금비율을 원하는 조성의 동철합금재로 제조하기 위해서는 공지된 바와 같이 동(Cu)의 비중 8.92와 철(Fe)의 비중 7.86에 기초하여 아래의 산출식,
[892(K - M) / (100 - K)(1.06M + 786)]
에 의해 동(Cu)과 철(Fe)의 조성비율을 조절할 수 있게 된다.
여기서, M은 모합금이고, K는 설계하여 얻고자 하는 동(Cu)과 철(Fe)의 합금비율을 가지는 조성의 동철합금재이다.
예를 들면, 모합금 CFA 51.7을 CFA 94.6으로 만들고자 하는 경우, M = 51.7, K = 94.6으로서, 추가할 동(Cu)의 비율은 다음과 같이 산출된다.
즉, 추가할 동(Cu)의 비율 = 892(94.6 - 51.7) / (100 - 94.6)(1.06 X 51.7 + 786) = 8.428로 산출되므로, 모합금 중량의 8.428배(중량)의 동(Cu)을 추가하면 CFA 94.6을 제조할 수 있게 된다.
실제로, 일본 동철합금 주식회사가 생산하는 모합금 CFA 50으로부터 동(Cu)과 철(Fe)의 합금비율을 원하는 조성의 합금비율로 조절하여 두께 10μ의 박판 및 직경 0.1Φ의 와이어로 생산한 제품이 2014년 4월 16일에서 18일에 개최된 일본 도쿄 재팬 빅 사이트(Big Sight)에서 개최한 "제1회 메탈 재팬(Metal Japan)"을 통해 소개된 바 있다.
또한, 대한민국 등록특허 10-1376602호와 공개특허 10-2015-0029246호에는 각각 동철합금 선재와 전자기파 차폐용 동철합금 압역박판 및 그 제조방법이 상세하게 개시되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재(100)는, 동(Cu)과 철(Fe)의 합금비율이 서로 다른 조성을 가지도록 CFA 5 내지 CFA 95에서 선택된 어느 하나로 이루어진 이종함량의 동철합금 와이어(110~160)가 서로 망상으로 편조되어 시트 형태의 성형체를 이루도록 형성된 것으로서, 예를 들면 제1의 와이어(110)는 CFA 95, 제2의 와이어(120)는 CFA 90, 제3의 와이어(130)는 CFA 85, 제4의 와이어(140)는 CFA 80, 제5의 와이어(150)는 CFA 75, 그리고 제6의 와이어(160)는 CFA 70으로 이루어질 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재(100)는 각각의 부분적인 영역이 이종함량으로 이루어진 복합함량의 동철합금재로 형성된다.
따라서, 본 발명에 따른 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재(100)는 각각의 이종함량 동철합금 와이어(110~160)가 저주파대역에서 고주파대역에 이르는 다양한 형태의 전자기파 발생원으로부터의 전자기파를 효과적이고 효율적으로 동시에 차폐할 수 있는 기능을 확보할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재(100)는 상술한 바와 같은 이종함량의 동철합금 와이어(110~160)가 혼재되도록 합성되는 구성에 의해 한정되는 것은 아니며, 각각의 동철합금 와이어(110~160)가 동(Cu)과 철(Fe)의 합금비율이 서로 다른 조성을 가지는 이종의 함량재로 이루어져 전체적으로는 복합함량의 동철합금을 이루도록 형성되는 것이 요구된다.
도 3은 본 발명에 의한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재를 이루는 와이어가 다발 형태를 이루도록 변형된 실시예를 나타내 보인 개략적 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 이종함량의 동철합금 와이어(110~160)는 또 다른 이종함량의 동철합금 단위 와이어(111~117) 다수가 꼬여져 로프 형태로 형성된 복합함량의 동철합금 와이어 다발 구조체(110~160)를 이루는 구성을 가질 수 있다. 이에 따라 본 발명에 의한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재(100)는 복합함량의 동철합금 와이어 다발 구조체(110~160) 다수가 망상으로 엮여져 시트 형태의 성형체를 이루도록 형성된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 동철합금 단위 와이어(111~117) 및 와이어 다발 구조체(110~160)는 서로 다른 직경을 가지도록 구성될 수 있다. 이러한 구성은 저주파대역에서 고주파대역에 이르는 다양한 형태의 전자기파 발생원에 대해 효과적이고 효율적인 차폐재를 설계할 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 비록 도면에 의해 예시해 보이지는 않았으나, 상기 동철합금 단위 와이어(111~117) 및 와이어 다발 구조체(110~160)의 사이에는 예컨대, 동이나 알루미늄 및 은 등과 같은 금속 코팅층이 더 적층되도록 형성된 구성을 가질 수 있다. 또한, 상기 동철합금 단위 와이어(111~117) 및 와이어 다발 구조체(110~160) 상에는 예컨대, 동이나 알루미늄 및 은 등과 같은 금속테이프가 더 적층되도록 형성된 구성을 가질 수 있다. 이와 같은 구성은 상기 동철합금 단위 와이어(111~117) 및 와이어 다발 구조체(110~160)의 사이에 형성되는 틈새 공간을 밀폐시켜 전자기파 차폐에 대한 정밀성을 보다 높일 수 있도록 설계하기 위한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재를 도시해 보인 개략적 사시도로서, 이를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 의한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재(200)는 동(Cu)과 철(Fe)의 합금비율이 서로 다른 조성으로 이루어진 이종함량의 동철합금 박판(210 ~ 240) 다수가 순차적으로 적층되어 시트 형태의 성형체를 이루도록 형성된 구성을 가진다. 이러한 구성에 따르면, 각 층을 이루는 이종함량의 동철합금 박판(210 ~ 240)이 저주파대역에서 고주파대역에 이르는 다양한 형태의 전자기파 발생원에 대해 효과적이고 효율적인 차폐를 수행할 수 있게 된다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구성은 가지는 본 발명에 의한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재(100)(200)의 전자기파 차폐에 대한 우수한 작용효과에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 의한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재(100)(200)를 이루는 동철합금(Cu-Fe alloy)은 도 5에 나타내 보인 현미경 조직에서 알 수 있는 바와 같이 Cu의 내부에 Fe가 고용되어 전자파가 도달하면 전계에 의한 자기장(모터 원리)과 자계에 의한 전기장(발전기 원리)이 Fe와 Cu의 내부 표면으로부터 형성되어 Fe에 형성된 자기장이 피뢰침의 역할을 하여 주변의 전기장을 흡수하고, 전계에 의한 자기장과 자계에 의한 자기장은 반대방향성을 가져 Fe에 히스테리시스(hysteresis) 현상을 일으키며 소멸한다. 이 현상은 매우 순간적이고도 반복적으로 지속되어 차폐성을 가지게 된다.
도 6은 본 발명에 의한 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재를 이루는 동철합금과 기존의 동박필름의 전자기파 차폐 효과 및 성능을 비교하여 나타내 보인 그래프로서, 이를 참조하면 일반 동박 차폐재가 120μm 두께에서 30dB 정도를 나타내지만, 동철합금(CFA)은 30μm 두께에서 70 내지 90dB 정도를 나타내는 것을 알 수 있다. 이와 같은 결과는 아래 표 2에 정의된 전자기파 세기와 차폐효과의 의미를 참고해 보면, 동철합금(CFA)의 전자기파 차폐효과가 매우 우수한 특성을 가지고 있음을 알 수 있으며, 특히 1MHz 내지 1GHz에서 높은 차폐효과를 얻을 수 있다.
전자기파 세기와 차폐효과의 의미
전자기파 세기 차폐 효과(dB) 의미
0 ~ 10dB 거의 없음
10 ~ 30dB 있음
30 ~ 60dB 양호
60 ~ 90dB 우수
90 ~ 120dB 최고 수준
도 7은 CFA 95-10μm 박막(Foil)의 자계 차폐 효과를 나타내 보인 것이고, 도 8은 CFA 90-10μm 박막(Foil)의 자계 차폐 효과를 나타내 보인 것으로서, 이를 참조하면 동(Cu)의 함량이 늘어날수록 동철합금의 고주파대역에서의 전자기파 차폐효과는 매우 뛰어난 특성을 가지게 됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재(100)는 각각의 이종함량 동철합금 와이어(110~160) 또는 박판(210~240)이 혼재되도록 합성된 복합함량 동철합금 성형체로 형성되어 저주파대역에서 고주파대역에 이르는 다양한 형태의 전자기파 발생원으로부터의 전자기파를 효과적이고 효율적으로 동시에 차폐하는 기능을 확보할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 의해 한정되지 않으며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시예가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
100, 200 : 복합함량 동철합금 시트재
110 ~ 160: 이종함량 동철합금 와이어(다발 구조체)
111 ~ 117 : 이종함량 동철합금 단위 와이어
210 ~ 240 : 이종함량 동철합금 박판

Claims (7)

  1. 동(Cu)과 철(Fe)의 합금비율이 서로 다르게 조성된 이종함량의 동철합금 와이어 다수가 혼재되도록 망상으로 편조되어 이종함량 동철합금재가 합성된 시트 형태의 복합 성형체로 형성됨에 따라 저주파대역에서 고주파대역에 이르는 광대역의 전자기파를 동시에 차폐하도록 된 것을 특징으로 하는 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이종함량의 동철합금 와이어는 다수가 꼬여져 로프 형태로 형성된 복합함량의 동철합금 와이어 다발을 이루며, 그 로프 형태의 복합함량 동철합금 와이어 다발 다수가 망상으로 편조되어 시트 형태의 성형체를 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 동철합금 와이어는 서로 다른 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 동철합금 와이어의 사이에 금속 코팅층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 동철합금 와이어 상에 금속테이프가 더 적층되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재.
  6. 동(Cu)과 철(Fe)의 합금비율이 서로 다르게 조성된 이종함량의 동철합금 박판 다수가 혼재되도록 순차적으로 적층되어 이종함량 동철합금재가 합성된 시트 형태의 복합 성형체로 형성됨에 따라 저주파대역에서 고주파대역에 이르는 광대역의 전자기파를 동시에 차폐하도록 된 것을 특징으로 하는 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 이종함량의 동철합금 박판은 서로 다른 두께를 가지도록 적층되는 것을 특징으로 하는 광대역 전자기파 차폐용 복합함량 동철합금 시트재.
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