KR101787350B1 - 자성 시트, 이를 이용한 전자 기기 및 자성 시트의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

수지 필름 상에 점착층을 통해 Fe기 금속 자성 재료로 이루어지는 박판형 자성체를 보유지지한 자성 시트로서, 상기 박판형 자성체의 단층의 두께가 15㎛~35㎛이고, 상기 박판형 자성체는 주파수 500kHz에서의 교류 비투자율(μr)이 220 이상 770 이하인 자성 시트.

Description

자성 시트, 이를 이용한 전자 기기 및 자성 시트의 제조 방법{Magnetic sheet, electronic device using same, and method for manufacturing magnetic sheet}

본 발명은 지자기 센서를 포함한 전자 컴퍼스가 배치된 전자 기기, 예를 들어 휴대전화 등에 이용되는 자성 시트와, 이를 이용한 전자 기기와, 그 자성 시트의 제조 방법에 관한 것이다.

최근에 급속히 스마트폰, 태블릿형 정보 단말 혹은 휴대전화 등의 전자 기기가 보급되고 있다. 도 11은 스마트폰을 예로 한 전자 기기의 외관 사시도이다. 전자 기기(200)에는 통화 외에도 다종 다양한 기능이 포함되어 있다. 이러한 기능 중 하나로 예를 들어 GPS를 이용한 지도 표시 기능이 있다. 하드 디스크나 IC 메모리에 저장된 지도 정보와 GPS 신호를 이용한 지도 표시 기능에 의해, 사용자는 전자 기기에 설치된 디스플레이(300)로 정확한 위치 정보를 얻을 수 있다. 이 때, 지도 표시 기능에서 사용자가 어느 방향을 향하고 있는지의 정보를 반영하는 경우에 지자기 센서를 이용한 전자 컴퍼스(260)가 이용되고 있다. 전자 컴퍼스(260)는 홀 소자, 자기 저항 효과 소자 등의 지자기 센서를 이용하여 지자기에 의한 직류 자계를 기초로 방위 정보를 얻는 것이다.

스마트폰이나 태블릿과 같은 전자 기기(200)에는, 그 조작 정보나 문자 정보를 사용자가 용이하게 입력 가능하게 하는 입력 장치로서 위치 검출 장치가 채용되어 있는 것도 있다.

이 위치 검출 장치는, 예를 들어 위치를 지시하기 위한 펜형 장치(210)와, 위치를 검출하기 위한 센서 기판이라고 불리는 장치를 조합한 구성으로 되어 있다. 도 12에 위치 검출 장치의 구체적인 일례를 나타내면, 펜형 장치(210)에 설치된 코일로부터 주파수 500kHz의 펄스 신호가 센서 기판(350) 측에 설치된 X-Y 각 방향의 센서 코일로 이루어지는 코일군(340)에 부여되고, 전자 유도 원리로 코일군(340)에 발생하는 기전력에 의해 위치 정보를 얻는다. 전자 기기(200)에서는, 센서 기판(350)을 디스플레이 패널(305)의 하부에 설치하여 다양한 소프트웨어와 디스플레이 상에서의 위치 정보를 연동시킴으로써, 전자 기기(200)에 정보 입력을 용이하게 하고 있다. 센서 기판(350)과 회로 기판(370)의 사이에는, 자기 요크나 자기 실드로서의 자성체 부재(360)가 디스플레이 패널(305)의 하부 전체를 덮도록 배치되어 있다.

다른 구성에서는, 광투과성 기판에 육안으로는 확인할 수 없는 코일군(340)이 형성된 센서 기판(350)을 디스플레이 패널(305)의 상부측에 설치하고, 자성체 부재(360)를 디스플레이 패널(305)과 회로 기판(370)의 사이에 배치하는 경우도 있다.

센서 기판의 유무에 관계없이 전자 기기 내에는 자기 실드로서 자성체 부재를 배치하는 경우도 있다.

전자 컴퍼스는 미약한 지자기를 이용하므로, 스피커 등 자석을 가지는 부품이 발생하는 자기 잡음의 영향을 받기 쉬운 것이 알려져 있는데, 상기 자성체 부재도 전자 컴퍼스의 방위 정보에 큰 영향을 주는 것이 인식되어 있다. 구체적으로 자성체 부재 근방에서는 지자기에 의한 직류 자계가 치우친다. 이 때문에, 자성체 부재와 근접하여 전자 컴퍼스를 배치하면, 그 방위 정보의 오차가 커져서 올바른 방향이 얻어지지 않는 경우가 확인되고 있다.

이 문제에 대해 특허문헌 1에서는, 아몰퍼스 금속 등의 자성 재료를 분말 상태로 하고, 이를 수지로 굳히거나 도료로 하여 자성체 부재 자체를 저투자율의 것으로서 구성하는 것을 제안하고 있다. 자성체 부재가 저투자율이면 그 근방에서의 자속의 흐트러짐도 상대적으로 적어지므로, 전자 컴퍼스가 자성체 부재와 근접해도 얻어지는 방위 정보의 오차를 줄일 수 있다.

또한, 특허문헌 2에는 센서 기판에 이용되는 자성체 부재에 대해, 특허문헌 1과 마찬가지로 자성 재료를 분말로 하여 고무나 수지에 분산시켜 이용하는 것이 기재되어 있다.

특허문헌 1: 일본공개특허 2012-252660호 공보 특허문헌 2: 일본공개특허 평6-149450호 공보

자성체 부재에 의한 직류 자계의 치우침 영향을 억제하려면, 자성체 부재와 전자 컴퍼스를 떨어뜨려 배치하면 된다. 그러나, 휴대기기의 다기능화·소형화의 요청으로부터, 휴대 단말 장치 등의 전자 기기에서는 한정된 공간 내에서 다양한 부품이 조밀하게 집적되어 레이아웃의 자유도는 제한되기 때문에, 서로 근접하여 배치하지 않을 수 없는 것이 현실이다.

특허문헌 1이나 2에 기재된 바와 같이 자성 분말을 수지에 분산하여 구성하면, 자성체 부재를 저투자율로 하여 전자 컴퍼스의 방위 정보 오차를 줄일 수 있다. 또한, 자성체 부재에 가요성을 부여할 수 있으므로, 평탄면이 아닌 부위에도 배치가 용이해지므로 바람직하다. 그러나, 아몰퍼스 합금 등의 자성 재료를 분말화하거나 이를 수지 등에 분산시켜 소정의 형상으로 성형하거나 도포하는 공정이 필요하기 때문에, 자성체 부재는 상대적으로 고가의 것이 된다.

덧붙여, 상술한 자성 분말로부터 얻어지는 자성체 부재의 비투자율은 고작 150 정도로서, 이러한 자성체 부재를 위치 검출 장치의 자기 요크 등에 이용해도 센서 기판의 검출 감도가 떨어져 올바른 위치 정보를 얻을 수 없는 경우가 있었다. 또, 분말로부터 얻어지는 자성체 부재의 두께를 늘림으로써 검출 감도를 어느 정도 개선하는 것은 가능하지만, 부피가 늘어나고 가요성도 얻기 어려워질 뿐이라서 한정적인 공간에서는 바람직한 방법이라고는 할 수 없다.

그래서 본 발명은, 자성체 부재를 포함하고 전자 기기에서 전자 컴퍼스와 함께 이용되는 자성 시트로서, 가요성을 구비하고 전자 컴퍼스의 방위 오차를 억제 가능함과 동시에, 위치 검출 장치에서 센서 기판과 함께 이용하는 데에 적합한 자성 시트와 이를 이용한 전자 기기와 그 자성 시트의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

제1 발명은, 수지 필름과 자성체 부재로서의 박판형 자성체를 포함하고, 상기 수지 필름 상에 점착층을 통해 Fe기 금속 자성 재료로 이루어지는 박판형 자성체를 보유지지한 자성 시트로서, 상기 박판형 자성체의 단층(單層)의 두께가 15㎛~35㎛이고, 주파수 500kHz에서의 교류 비투자율(μr)이 220 이상 770 이하인 자성 시트이다.

박판형 자성체를 금속 박띠(薄帶)로 하고 자성 시트를 1장의 금속박띠로 구성해도 되고, 복수의 금속박띠를 이용하여, 이를 수지 필름의 면 상에 붙여 맞추어 나열하여 배치하거나 겹쳐 쌓아 배치하거나 해도 된다.

또한, 상기 박판형 자성체는 상기 수지 필름에 부착된 상태를 유지하면서 복수로 분할되어 있는 것이 바람직하다. 상기 박판형 자성체는 제조 공정을 간략화함에 있어서 크랙 처리되지 않은 논크랙 상태에 있는 것이 바람직하지만, 크랙 처리에 의해 복수의 고체편으로 분할된 것으로도 상관없다. 크랙 처리란 자성 시트에 외력을 가하여 고체편화하는 처리를 말하고, 박판형 자성체를 복수의 금속박띠로 하여 나열하여 이용하거나 미리 고체편화된 박판형 자성체를 부설(敷設)하여 이용하는 논크랙 상태에 있는 경우와는 구별된다.

제2 발명은, 제1 발명의 자성 시트와, 이에 근접하여 배치된 지자기 센서를 이용한 전자 컴퍼스를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기이다.

제3 발명은, Fe기 금속 자성 재료로 이루어지고 단층의 두께가 15㎛~35㎛인 박판형 자성체에 열처리를 실시하여 상기 박판형 자성체의 주파수 500kHz에서의 교류 비투자율(μr)을 220 이상 770 이하로 하는 열처리 공정과, 열처리한 상기 박판형 자성체를 수지 필름 상에 점착층을 통해 보유지지하여 자성 시트를 구성하는 라미네이트 공정과, 상기 자성 시트를 소정의 형상으로 커트하는 커팅 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 자성 시트의 제조 방법이다.

상기 열처리 공정에서는, 상기 박판형 자성체를 원환상으로 한 상태에서 열처리를 실시하는 것이 바람직하다.

또한 상기 라미네이트 공정 후, 상기 자성 시트의 면 상의 복수 개소에 외력을 가하는 공정과, 상기 자성 시트를 롤로 권취함으로써, 상기 외력을 가한 개소를 기점으로 한 크랙을 발생시켜 상기 박판형 자성체를 복수의 고체편으로 분할하는 공정을 구비하는 것이어도 된다. 그 경우, 상기 자성 시트의 면 상의 복수 개소에 외력을 가하는 공정을 상기 커팅 공정과 동시에 행하는 것이 바람직하다.

본 발명의 자성 시트는 위치 검출 장치에서 센서 기판과 함께 이용하는 데에 적합하고, 전자 기기 내에서 자성 시트와 근접하여 배치되는 전자 컴퍼스에 대해, 자성 시트를 구성하는 자성체 부재에 기인하는 방위 오차를 억제할 수 있다. 그리고, 본 발명의 자성 시트를 이용한 전자 기기는 방위 정보도 한층 더 정확한 것이 된다. 본 발명의 자성 시트의 제조 방법은 본 발명의 자성 시트를 제조함에 있어서 유용하다.

도 1의 (a)는 본 발명의 일 실시형태에 관한 자성 시트를 나타내는 분해 사시도이고, (b)는 본 발명의 일 실시형태에 관한 자성 시트를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 관한 자성 시트를 나타내는 박판형 자성체 측에서 본 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 관한 자성 시트를 나타내는 박판형 자성체 측에서 본 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 관한 자성 시트에서 소편(小片)으로 한 자성체 부재의 배치 상태를 설명하기 위한 평면도이다.
도 5의 (a)는 열처리 공정의 일례를 나타내는 개략도이고, (b)는 라미네이트 공정의 일례를 나타내는 개략도이며, (c)는 커팅 공정의 일례를 나타내는 개략도이고, (d)는 커팅 공정의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 6은 크랙 기점 처리를 설명하기 위한 평면도로서, 각각 돌기의 선단이 (a)점형, (b)십자형, (c)선형인 돌기군을 눌러댄 예이다.
도 7의 (a)는 자성 시트와 전자 컴퍼스의 위치 관계를 설명하기 위한 평면도이고, (b)는 그 측면도이다.
도 8은 각도 검출 오차 측정에서의 전자 컴퍼스의 자세 회전을 설명하기 위한 평면도이다.
도 9는 전자 컴퍼스의 자세 회전 각도와 각도 검출 오차의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 교류 비투자율과 최대 각도 검출 오차의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 전자 컴퍼스나 위치 검출 장치가 이용되는 전자 기기의 사시도이다.
도 12는 전자 기기에 이용되는 위치 검출 장치의 구성예를 나타내는 분해 사시도이다.

이하, 본 발명에 관한 자성 시트에 대해 도면을 이용하여 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

(자성 시트의 구성)

도 1은 자성 시트의 구성을 나타내는 도면으로, (a)는 자성 시트의 분해 사시도를 나타내고, (b)는 자성 시트의 단면도를 나타낸다. 본 발명의 자성 시트(1)는, Fe기 금속 자성 재료로 이루어지는 박판형 자성체(10)를 포함하는, 적층된 복수의 층을 가지는 구조로서, 적어도 수지 시트로 이루어지는 베이스재(20) 상에 점착층(15)을 통해 박판형 자성체(10)를 첩부하여 구성된다.

휴대기기 등의 하우징 외형은 대부분이 거의 직사각형을 이루고 있고, 이에 장착된 디스플레이도 마찬가지다. 디스플레이의 하부에 배치하는 자성 시트(1)도 디스플레이를 덮도록 직사각형으로 한다. 여기서 말하는 직사각형이란 정사각형도 포함하고, 일부에 관통공이나 노치가 설치되어 있는 경우도 포함되며 한정되지 않는다.

상기 베이스재(20)는 변형 용이하며 굽힘성이 풍부한 재질, 두께가 선택된다. 예를 들어, 두께가 10㎛~100㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 등의 수지 필름이 적합하다. 그 밖에 폴리에테르이미드, 폴리아미드이미드 등의 폴리이미드류, 폴리아미드류, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르류 등으로 이루어지는 수지 필름으로도 된다. 내열성 및 유전손실의 관점에서 폴리아미드류 및 폴리이미드류가 특히 바람직하다.

베이스재(20)의 두께가 늘어나면 변형되기 어려워져서, 곡면이나 굴곡면을 모방하여 자성 시트(1)를 배치하는 것을 저해하는 경우가 있다. 또한, 두께가 10㎛ 미만이면, 베이스재(20) 자체의 변형이 한층 더 용이해지므로 취급이 어려워지고, 박판형 자성체(10)를 지지하는 기능도 충분히 얻을 수 없는 경우가 있다.

베이스재(20)와 박판형 자성체(10)를 첩부하기 위한 점착층(15)으로는 아크릴 수지, 실리콘 수지 등의 액상, 시트형상, 테이프형상으로 제공되는 접착제를 적용할 수 있다. 액상의 접착재를 베이스재(20)의 일면 측에 얇게 도포하여 점착층으로 하거나, 미리 양면 테이프가 첩부된 수지 시트를 이용해도 된다. 베이스재(20)의 박판형 자성체(10)가 첩부되는 측의 일면과는 반대면 혹은 박판형 자성체(10)와 베이스재(20)의 사이에, 전자파 실드의 기능을 부여할 목적으로 5㎛~30㎛ 정도의 두께의 Cu박이나 Al박 등의 도전체를 설치해도 된다.

자성 시트(1)에 이용하는 박판형 자성체(10)는 단일로도 되고 복수이어도 된다. 박판형 자성체를 소정 폭, 길이로 절단하여, 도 2의 평면도에 나타내는 형태와 같이 복수의 띠형체(10a~10d)로 하고, 이를 베이스재의 면 상에 나열하여 배치해도 된다.

하나의 자성 시트(1)에 복수의 박판형 자성체(10)를 이용하는 경우에는, 상기 띠형체 외에 도 3에 도시된 형태와 같이 소정 형상으로 절단하거나 블랭킹하거나 하여 사각형상 등의 소형 고체편(30)을 제작하여, 베이스재 면 상에 간격을 두고 부설해도 된다.

도 4는 부설된 박판형 자성체를 나타내는 부분 확대도이다. 박판형 자성체의 고체편(30a~30d)은 0mm 이상의(바람직하게는 0mm 초과하는) 간격(D)을 두고 이웃하여 배치된다. 여기서 간격(D)이 0mm란, 이웃하는 고체편의 측변의 적어도 일부가 접촉하는 상태를 말한다. 간격(D)에 의해 자기 갭이 구성되므로, 박판형 자성체(10)에 발생하는 와전류가 문제가 되는 경우에는 상기 자기 갭에 따라 그 영향을 저감할 수 있다. 한편, 간격(D)이 넓어질수록 요크 혹은 실드로서의 기능을 얻기 어려워지고, 위치 검출 장치에 이용되는 경우에 센서 기판의 검출 감도도 열화된다. 이 때문에, 복수의 박판형 자성체를 나열하는 경우, 그 간격(D)은 0.1mm 이하로 하는 것이 바람직하다.

고체편은 형성의 용이함으로부터 사각형상으로 하는 것이 바람직하지만, 다른 다각형상, 원형상이어도 되고 여러 가지 형상의 조합이어도 된다. 고체편의 형성 치수에 따라 자성 시트에 형성되는 자기 갭수가 바뀌므로, 고체편의 형상을 사각형으로 하면 그 치수는 10mm×10mm 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한 자로 단면적을 늘리도록 박판형 자성체를 적층하여 이용하는 경우, 두께가 늘어나고 그 정도에 따라서는 그 자체가 변형되기 어려워지고, 자성 시트로 하였을 때에 가요성을 얻을 수 없는 경우가 있다. 이를 고려하면, 고체편의 치수는 3mm×3mm 이하로 하는 것이 한층 더 바람직하다.

또한, 후술하는 열처리 후의 박판형 자성체는 취화(脆化)하여, 가압에 의해 비교적 용이하게 크랙을 발생시킬 수 있으므로, 박판형 자성체(10)를 베이스재(20)에 보유지지한 상태로 롤러 등의 부재로 가압하여 외력을 가하는 크랙 처리를 실시함으로써, 정형 혹은 부정형으로 복수의 고체편으로 분할해도 상관없다. 이 경우, 박판형 자성체(고체편(30))가 베이스재로부터 탈락하지 않도록, 박판형 자성체(10)를 미리 다른 베이스재나 점착층 등의 피복층으로 덮고 끼워넣는 것이 바람직하다.

도 1~4에 도시된 자성 시트(1)의 박판형 자성체는 모두 크랙 처리를 실시하지 않은 논크랙 상태에 있고, 크랙 처리에 의해 복수의 고체편으로 분할된 것은 아니다. 논크랙 상태는, 크랙 처리에 의한 의도적인 크랙이 형성되지 않은 상태를 가리키고, 통상의 취급(예를 들어 단순한 반송)에 의해 다소의 크랙이 발생한 것에 불과한 상태는 이에 포함된다. 이러한 자성 시트에서는 크랙 처리를 생략할 수 있기 때문에, 제조 공정을 간략화할 수 있다.

자성 시트(1)의 박형화를 위해서는 박판형 자성체(10)는 단층인 것이 바람직하지만, 자성 시트(1)의 근방에 자계를 발생시키는 영구 자석 등의 부품이 배치되는 경우에는 복수의 박판형 자성체를 폴리이미드 수지 등의 절연성 수지층을 통해 적층하여 구성해도 된다. 적층수는 자성 시트의 박형화, 가요성을 고려함과 동시에 자성체 부재에 의한 직류 자계의 치우침 영향을 억제하려면, 자성 시트(1)로서 베이스재(20) 등도 포함한 전체 0.2mm나 그 이하의 두께로 하도록 선택하는 것이 바람직하다.

(Fe기 금속 자성 재료)

박판형 자성체(10)를 구성하는 Fe기 금속 자성 재료는 FeBSi계 자성 재료인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 일반식: Fe100-a-b-c Ba Sib Cc로 나타나고, a, b 및 c는 원자%로 7≤a≤20, 1≤b≤19, 0≤c≤4, 75≤100-a-b-c≤85를 만족하는 Fe기 금속 자성 재료이다. 다른 금속 원소로서 Mn, S, P 등의 불가피 불순물을 포함하고 있어도 된다.

박판형 자성체(10)는, 상기 Fe기 금속 자성 재료를 아몰퍼스 합금으로 하고, 그 조직의 적어도 일부를 후술하는 열처리에 의해 결정화시킨 것이 바람직하다. 여기서 결정화란, 아몰퍼스 모상(母相) 중에 100nm 이하의 나노 스케일의 결정립을 정출(晶出)시킨, 이른바 나노 결정화가 아니라 적어도 수백nm~1㎛의 결정립을 포함한 결정을 정출시키는 처리이다. 결정상으로서 Si를 고용한 α-Fe와 함께 Fe₃Si 등의 규화물을 석출시킴으로써 투자율을 저하시키고, 주파수 500kHz에서의 교류 비투자율(μr)을 220 이상 770 이하로 한다.

Fe는 금속 자성 재료의 포화 자속 밀도를 결정하는 원소이다. 자성 시트로 이용하는 데에 실용적인 자속 밀도로서 포화 자속 밀도를 1.3T 이상으로 하려면, Fe를 75원자% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 포화 자속 밀도가 1.3T 이상이면, 요크 기능 혹은 실드 기능을 얻으면서 박판형 자성체(10)의 판두께를 얇게 할 수 있다. 또한, Fe를 85원자% 초과로 하면, 아몰퍼스의 형성이 어려운 경우가 있고, 열처리 후에 원하는 교류 비투자율(μr)을 얻을 수 없는 경우가 있다.

Si, B는 모두 비정질 형성 원소이다. Si가 1원자% 이상이면, 급냉에 의해 비정질이 안정적으로 형성될 수 있다. Si의 적어도 일부는 열처리에 의해 α-Fe에 고용됨과 동시에 Fe₃Si 등의 규화물을 형성한다. Si가 19원자% 초과이면 포화 자속 밀도(Bs)가 저하된다.

또한, bcc 구조의 α-Fe 결정립 중의 Si는 Fe기 금속 자성 재료의 유도 자기 이방성에 영향을 주는 것이 알려져 있고, Si를 8원자% 이상으로 하면 열처리를 자기장 중에서 행함으로써 B-H 커브를 기울어지게 하여 직선성을 개선하고, 투자율을 조정하는 효과를 얻을 수 있으므로 바람직하다.

비정질 형성 원소인 B의 함유량이 7원자% 이상이면 급냉에 의해 비정질이 안정적으로 형성될 수 있고, 20원자% 초과이면 포화 자속 밀도(Bs)가 저하된다. 그 때문에, B의 함유량은 7원자%~20원자%로 하는 것이 바람직하다.

Fe기 금속 자성 재료는, 소정의 조성이 되도록 칭량한 기본 원료를 고주파 유도 용해 등의 수단으로 용해한 후, 노즐을 통해 고속으로 회전하는 냉각 롤의 표면에 토출하여 급냉 응고시키는 단롤 혹은 쌍롤 등의 급냉법에 의해 판두께가 15㎛~35㎛ 정도인 아몰퍼스 합금의 박띠로 하는 것이 바람직하다. C는 포함하지 않아도 상관없지만, 용탕과 냉각 롤 표면의 젖음성을 향상시키는 효과를 얻는 데에 0.5원자% 이상 포함하는 것이 바람직하고, 제작하는 박띠의 두께에 따라 4원자% 이하 포함하는 것이 바람직하다.

(열처리)

아몰퍼스 합금으로 한 Fe기 금속 자성 재료 조직의 적어도 일부를 결정화시키려면 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 통상적으로 아몰퍼스 합금의 열처리로서 구조 완화를 목적으로 하여 300~400℃에서 소둔하는 것이 행해지는데, 이 경우 투자율은 상승한다.

한편, 본 발명의 자성 시트에 이용하는 박판형 자성체를 얻기 위한 열처리는 예를 들어 430℃를 넘는 온도에서 행한다. 결정화 온도(Tk)를 넘는 온도에서의 열처리에서는 Fe₂B의 화합물상이 석출되어 보자력(Hc)이 현저하게 증가하기 때문에, 열처리는 결정화 온도(Tk) 미만에서 Fe₂B의 화합물상이 정출되기 어렵고, 정출되었다고 해도 소량인 조건이 바람직하다. 구체적으로 결정화 온도(Tk)보다 충분히 낮은 Tk-60℃ 이하의 온도로 행하는 것이 보다 바람직하다.

열처리에서는 온도와 함께 유지 시간도 중요하다. 결정화시에 α-Fe에 Si를 충분히 고용시키려면, 유지 시간은 20분 이상으로 하는 것이 바람직하다. 유지 시간을 180분보다 길게 하면 Fe₂B가 정출되는 경우가 있어, 유지 시간은 20분~180분으로 하는 것이 바람직하다. 열처리 분위기는 대기 중이어도 좋지만, 아르곤, 질소 가스 등의 비활성 가스 중인 것이 Fe기 금속 자성 재료의 산화를 막는 점에서 바람직하다.

(자기 특성)

본 발명에 있어서 교류 비투자율(μr)은, 누설 자속을 무시할 수 있는 폐자로 자심에서의 코일의 실효 자기 인덕턴스에 의해 다음 식으로 구할 수 있는 투자율이다. 실효 자기 인덕턴스(L)는 임피던스/게인·페이즈 애널라이저(Agilent Technologies, Inc.사 제품 4194A)로, 동작 자계를 0.05A/m로 하고 온도 25℃에서 500kHz의 주파수로 평가한다.

μr=(L×C1)/(μ₀×N²)

L: 실효 자기 인덕턴스(H)

N: 전체감김 횟수

μ₀: 진공 투자율(4×π×10^-7H/m)

C1: 자심 상수(m^-1)

또한, 보자력(Hc)은, 직류 자화 특성 시험 장치(메트론 기술연구소(주) 제품 SK-110형)로, 1차측, 2차측에 각각 권선을 하여 온도 25℃에서 최대 자화(Hm)를 800A/m으로 하여 평가한다.

(전자 컴퍼스)

전자 기기에 있어서 본 발명의 자성 시트와 함께 이용하는 전자 컴퍼스의 지자기 센서는, 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니고, 홀 소자, 자기 저항 효과 소자, 플럭스 게이트, 자기 임피던스 소자 등 다양한 검출 원리의 것을 이용할 수 있으며 한정되지 않는다. 이러한 지자기 센서를 이용한 전자 컴퍼스는 자성 시트에 근접하여 배치되고, 예를 들어 자성 시트의 일단으로부터 1cm 이하의 거리를 두고 배치된다.

(자성 시트의 제조 방법)

자성 시트(1)의 제조 방법은, Fe기 금속 자성 재료로 이루어지고 단층의 두께가 15㎛~35㎛인 박판형 자성체(10)에 열처리를 실시하고, 그 박판형 자성체(10)의 주파수 500kHz에서의 교류 비투자율(μr)을 220 이상 770 이하로 하는 열처리 공정과, 열처리한 박판형 자성체(10)를 수지 필름(베이스재(20)) 상에 점착층(15)을 통해 보유지지하여 자성 시트(1)를 구성하는 라미네이트 공정과, 그 자성 시트(1)를 소정의 형상으로 커트하는 커팅 공정을 구비한다.

도 5의 (a)는 열처리 공정의 일례로서, 롤형상으로 감긴 박판형 자성체(10)를 소둔로(40) 내에서 보유지지하고 있는 모습을 나타내고 있다. 이와 같이 장척(長尺) 형상의 박판형 자성체(10)를 원환상으로 한 상태에서 열처리함으로써, 공간 절약화에 도움이 됨과 동시에, 열처리를 끝낸 롤형상의 박판형 자성체(10)를 다음 라미네이트 공정에 그대로 이용할 수 있다. 열처리에서의 온도나 유지 시간 등은 이미 서술한 바와 같다.

도 5의 (b)는 라미네이트 공정의 일례로서, 박판형 자성체(10), 점착층(15) 및 베이스재(20) 각각을 롤로부터 꺼내고, 소정의 간격을 마련하여 배치된 한 쌍의 가압 롤러(42)로 개재하여 적층하는 모습을 나타내고 있다. 박판형 자성체(10)는 열처리에 의해 취화되지만, 꺼내는 방향에 대해 상응하는 강도를 가지고 있기 때문에 꺼낸 후에 형상이 크게 무너지는 일은 없다.

도 5의 (c)는 커팅 공정의 일례로서, 회전칼날식 슬리터(45)와 전단칼날식 커터(46)를 이용하여 자성 시트(1)를 소정의 형상으로 커트하고 있다. 본 실시형태에서는 자성 시트(1)를 직사각형으로 커트하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 그 크기도 적절히 변경이 가능하다. 또한, 커팅하는 공구의 구조도 특별히 한정되지 않는다. 이 커트된 자성 시트(1)의 곤포(梱包)에서는, 시트형상의 자성 시트(1)를 겹쳐 쌓는 매엽 곤포가 바람직하게 채용된다.

도 5의 (d)는 커팅 공정의 다른 예로서, 프레스 다이(44)를 이용하여 자성 시트(1)를 직사각형상으로 커트하고 있다. 커트 후, 박판형 자성체(10)의 불필요한 부분(본 예에서는 직사각형을 둘러싸는 외측 부분)을 베이스재(20)로부터 박리함으로써, 장척 형상의 베이스재(20) 상에 직사각형의 박판형 자성체(10)가 나열된 자성 시트(1)를 얻을 수 있다. 이러한 장척 형상의 자성 시트(1)의 베이스재(20)를 직사각형의 박판형 자성체(10)를 포함하는 길이로 커트하여 시트형상으로 하면 매엽 곤포가 가능해진다. 혹은, 장척 형상의 자성 시트(1)를 롤에 권취하여 롤 곤포로 해도 된다.

상술한 바와 같이, 자성 시트(1)의 박판형 자성체를 논크랙 상태로 함으로써 제조 공정을 간략화할 수 있지만, 한편으로 크랙 처리를 실시하여 자성 시트(1)를 복수의 고체편으로 분할하면 와전류 손실의 저감 효과를 얻을 수 있다. 단, 이와 같이 하여 분할된 고체편이 과도하게 부정형이면, 자성 시트(1) 내의 영역에 따라 특성이 바뀌는 등의 결함을 발생시킬 우려가 있기 때문에, 가능한 한 정형의 고체편으로 분할하는 것이 바람직하고, 이러한 고체편의 형상은 바람직하게는 1변이 1mm~10mm인 직사각형이다.

(크랙 기점 처리)

크랙 처리를 실시하는 경우에 고체편을 정형에 가까이 하기 위해서는, 라미네이트 공정 후 자성 시트(1)의 면 상의 복수 개소에 외력을 가하는 공정(크랙 기점 처리)과, 그 자성 시트(1)를 롤로 권취함으로써, 외력을 가한 개소를 기점으로 한 크랙을 발생시켜 박판형 자성체(10)를 복수의 고체편으로 분할하는 공정(크랙 처리)을 구비하는 것을 생각할 수 있다. 라미네이트 공정을 거친 자성 시트(1)에 크랙 기점 처리를 실시함으로써, 롤로 권취하여 굽힘 응력을 작용시켰을 때에 크랙이 적당한 간격으로 형성되어 고체편의 정형화에 도움이 된다.

자성 시트(1)의 면 상의 복수 개소에 외력을 가하려면, 예를 들어 자성 시트(1)의 폭 방향과 길이 방향으로 각각 등간격으로 배열된 복수의 돌기로 이루어지는 돌기군을 가지는 프레스 부재(도시생략)가 이용된다. 이러한 프레스 부재의 돌기군을 자성 시트(1)에 눌러댐으로써, 면 내에서의 다수의 개소가 국소적으로 압압되고, 경우에 따라서는 각 돌기의 선단이 닿는 개소에 작은 크랙이 형성된다. 그 개소 각각이, 그 후의 롤 권취시에 발생하는 크랙의 기점이 되어, 박판형 자성체(10)를 대략 정형의 복수의 고체편으로 분할할 수 있다.

도 6은 외력이 가해진 개소를 개념적으로 나타낸 자성 시트(1)의 평면도로서, 돌기군을 구성하는 돌기의 선단 형상에 상당한다. (a)~(c)는 각각 돌기의 선단이 점형, 십자형(X자형), 선형(가로세로의 조합)인 예를 나타낸다. 또, 이들에 한정되지 않고, 다른 형상의 채용이 가능하다. 외력의 부여는 베이스재(20) 측으로부터 박판형 자성체(10)에 대해, 혹은 그 반대측으로부터 박판형 자성체(10)에 대해 행해진다. 필요에 따라, 크랙 기점 처리 후의 자성 시트(1)에 대해 외력을 부여한 측의 면에 양면 테이프 등을 첩부해도 된다.

이러한 자성 시트(1)의 면 상의 복수 개소에 외력을 가하는 공정은, 제조 공정의 효율화 관점에서 커팅 공정과 동시에 행하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 5의 (d)에서 나타낸 프레스 다이(44)에 상기와 같은 돌기군을 마련함으로써(즉, 프레스 다이(44)를 상기 프레스 부재로 함으로써), 커팅 공정과 동시에 그 돌기군에 의해 외력을 부여할 수 있다. 또한, 그 후에 롤 곤포를 채용하면, 이와 동시에 크랙 처리가 행해지기 때문에 별도의 공정이 필요 없어져 바람직하다.

자성 시트(1)의 면 상의 복수 개소에 외력을 가하는 공정은 커팅 공정 후에 행해도 상관없다. 예를 들어, 도 5의 (d)에서 나타낸 커팅 공정 후, 박판형 자성체(10)의 불필요한 부분을 베이스재(20)로부터 박리하고, 상기 프레스 부재의 돌기군을 자성 시트(1)에 눌러댄 후에 롤 곤포를 행하도록 해도 된다. 이 경우도 크랙 처리를 위한 별도의 공정이 필요 없어지기 때문에, 효율화 관점에서 바람직하다.

또한, 자성 시트(1)의 면 상의 복수 개소에 외력을 가하는 공정은 커팅 공정 전에 행해도 상관없다. 예를 들어, 라미네이트 공정을 거쳐 얻어진 자성 시트(1)에 대해 상기 프레스 부재의 돌기군을 눌러대고, 그 후에 롤로 권취하여 박판형 자성체(10)를 복수의 고체편으로 분할하고, 그 롤로부터 꺼낸 자성 시트(1)를 커팅 공정에 제공해도 된다. 커팅 공정은 도 5의 (c)나 (d) 어느 것이라도 되고, 그 후의 곤포는 매엽 곤포와 롤 곤포 중 어느 것을 채용해도 상관없다.

실시예

장척 형상이고 두께 25㎛의 PET 필름을 베이스재로 하고, 그 한쪽 면에 두께 3㎛의 양면 테이프를 통해 두께 30㎛의 알루미늄박을 첩부하고, 그 반대면에 두께 20㎛의 점착층을 통해 박판형 자성체를 첩부하였다. 또한 기판 등의 첨부 피대상물에 첩부 가능하게 하기 위해, 박판형 자성체의 PET 필름에 덮이지 않은 측에 점착층과 박리 라이너가 일체화된 양면 테이프를 첩부하였다. 장척 형상의 적층체를 직사각형 크기 140mm×230mm×0.13mm로 커트하여 자성 시트를 제작하였다. 또, 자성 시트에는 크랙 처리를 실시하지 않고 박판형 자성체를 논크랙 상태로 하였다.

상술한 자성 시트용 박판형 자성체로서 두께가 25㎛이고 Fe₈₀B₁₁Si₉의 아몰퍼스 합금제의 박띠(미국 Metglas사 제품 2605SA-1재: 포화 자속 밀도 Bs=1.56T: 저항률 137μΩ·cm: 폭 200mm)를 준비하였다. 베이스재 등과의 적층 전에 장척 형상의 박판형 자성체를 원환상으로 하고, 이를 N₂ 분위기로 제어된 노 내에 배치하여 실온에서부터 435℃~450℃의 소정의 보유 온도까지 승온하여 보유 온도로 120분 보유한 후, 노냉하여 열처리를 실시하고 있다. 또, 이 아몰퍼스 합금의 결정화 온도(Tx)는 시차 주사 열량 측정으로 507℃이다.

열처리가 높아짐에 따라 박판형 자성체ㄴ느 취성이 강해지기 때문에, 자기 특성 평가에서는 주물 방치 상태의 박띠를 블랭킹하여 원환상의 시료로 하고, 이를 N₂ 분위기에서 열처리를 실시한 것을 이용하여, 동일 열처리의 자성 시트의 자기 특성을 추정하였다.

구체적으로 주조된 상태의 박띠로부터 내경 Ø15mm, 외경 Ø19mm의 원환상 시료를 열처리하고, 열처리 후의 원환상 시료 20매를 수지 케이스 내에 겹쳐 쌓아 두께가 0.5mm인 원환상 적층 자심을 제작하였다. 수지 케이스에 넣어진 적층 자심에 15턴의 권선을 하여 온도 25℃, 주파수 500kHz에서의 교류 비투자율(μr)을 임피던스/게인·페이즈 애널라이저 4194A에 의해 구하였다. 또한, 10턴의 1차측 권선과 50턴의 2차측 권선을 실시하여 보자력(Hc)을 평가하였다.

열처리 후의 각 시료에 대해 X선 회절을 행한 바, 결정 고유의 회절 피크가 인정되고, 그 동정(同定)으로부터 모두 α-Fe가 정출되었다.

얻어진 자성 시트를 이용하여 전자 컴퍼스의 방위 검출 오차에 주는 영향을 평가하였다. 도 7은 자성 시트와 전자 컴퍼스의 위치 관계를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 자성 시트의 주면(主面)의 법선 방향(z방향: x방향과 y방향에 수직인 방향)에서 본 평면도, (b)는 도 7의 (a)의 측면도이다. 자성 시트(1) 및 전자 컴퍼스(50)는 기판, 프레임 등에 첩부, 탑재되지만, 편의상 자성 시트(1)와 전자 컴퍼스(50) 이외의 구성의 도시는 생략한다. 전자 컴퍼스(50)는, 자성 시트(1)의 주면의 법선 방향에서 보아 자성 시트(1)와 겹치지 않는 위치로서 자성 시트(1)의 x방향 중간에 배치되어 있다. 자성 시트(1)의 길이방향(y방향)의 일단측과 전자 컴퍼스(50)(외형 치수 1.6mm×1.6mm×0.5mm)의 중심의 거리(T)는 5mm이다. 전자 컴퍼스(50)는 아사히 화성 일렉트로닉스 주식회사 제품의 3축 전자 컴퍼스 AK8963C를 이용하였다.

자성 시트(1)의 y방향을 지자기에 의한 직류 자계에 맞추어, 전자 컴퍼스에서 보아 자성 시트측을 북쪽(N) 방향으로 한다. 전자 컴퍼스(50)와 자성 시트(1)의 간격(T)을 고정한 채로, 전자 컴퍼스(50)의 중심을 축으로 하여 xy평면에서 자세 회전시키고, 각 자성 시트에 의한 지자기 검출 방위의 각도 검출 오차를 평가하였다. 도 8은 전자 컴퍼스의 자세 회전을 설명하기 위한 도면이다. 예를 들어, 전자 컴퍼스(50)를 지자기에 대해 동쪽(E)으로 45도 기울인 경우(자세 회전각 θ1=45도), 검출 각도 θ2가 +45도이면, 각도 검출 오차 θ3(θ2-θ1)은 0도가 되고, +50도이면 각도 검출 오차 θ3은 +5도, +40도이면 각도 검출 오차는 -5도가 된다. 또, 각도 검출 오차는 360도 자세 회전에서 주기성을 나타내고, 0~90도 자세 회전에서 최대 각도 검출 오차의 절대값을 360도 자세 회전에서 최대 각도 검출 오차로서 채용할 수 있다. 따라서, 평가는 0~90도 자세 회전으로 행하고 있다.

또한, 얻어진 자성 시트를 이용하여 위치 검출 장치를 구성하였다. 이 위치 검출 장치의 기본 구성은 도 12에서 나타낸 종래의 것과 거의 동일하지만, 자성체 부재인 것을 자성 시트로 하고 있다. 자성 시트의 네 구석과 중앙에 대응하는 센서 기판의 센서 코일과 디스플레이 패널 상의 펜형 장치의 사이에서 전자파에 의한 통신이 이루어져 올바른 위치 정보가 얻어지는지 평가하였다.

표 1에 박판형 자성체에 실시한 열처리 조건, 열처리 후의 박판형 자성체의 자기 특성과 함께, 자성 시트에 의한 전자 컴퍼스의 최대 각도 검출 오차 평가 결과와 위치 검출 장치의 위치 정보 평가 결과를 나타낸다.

No.	열처리 온도	자기 특성		전자 컴퍼스의 최대 각도 검출 오차	센서 기판 평가
		교류 비투자율(μr)	보자력(Hc)
1	435℃	1158	75A/m	-50도	양호
2	440℃	674	111A/m	-15도	양호
3	445℃	357	143A/m	-6도	양호
4	450℃	221	155A/m	-4도	양호
5	455℃	189	210A/m	미평가	불량

표 중, 센서 기판 평가로서 나타내는 위치 검출 장치의 위치 정보 평가에서는, 자성 시트의 네 구석과 중앙의 5점 모두에서 올바른 위치 정보가 얻어지는 경우를 양호, 센서 코일과 펜형 장치의 사이에서 통신이 행해지지 않고 1점에서도 올바른 위치 정보가 얻어지지 않는 경우를 불량으로서 나타내고 있다.

도 9는 전자 컴퍼스의 자세 회전 각도와 각도 검출 오차의 관계를 나타내는 도면이다. 도 9로부터 명백한 바와 같이, 자성 시트에 이용하는 박판형 자성체의 교류 비투자율(μr)이 커짐에 따라 각 자세 회전 각도로 각도 검출 오차가 커진다. 한편, 표 1에 나타낸 바와 같이 교류 비투자율(μr)이 작으면, 실드 특성이나 위치 검출 장치에서 통신 성능이 손상된다. 따라서, 검출 각도 오차를 억제하면서도 통신 성능을 손상시키지 않기 위해서는 박판형 자성체의 주파수 500kHz에서의 교류 비투자율(μr)에 바람직한 범위가 있는 것을 알 수 있다. 도 10에 나타낸 교류 비투자율(μr)과 최대 각도 검출 오차의 관계에 의하면, 전자 컴퍼스의 최대 각도 검출 오차가 허용되는 문턱값을 20도로 하면, 교류 비투자율(μr)의 상한은 770으로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

실시예에서는, 전자 컴퍼스를 자성 시트의 1변의 수직이등분선에 겹치도록 배치하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 자성 시트의 1변을 따르는 어떠한 위치에서도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.

1 자성 시트
10, 10a, 10b, 10c, 10d 박판형 자성체
15 점착층
20 베이스재
30 소편(박판형 자성체)
50, 260 전자 컴퍼스

Claims (13)

1. 수지 필름 상에 점착층을 통해 Fe기 금속 자성 재료로 이루어지는 박판형 자성체를 보유지지한 자성 시트로서,
   상기 Fe기 금속 자성 재료가, Fe_100-a-b-cB_aSi_bC_c로 나타나고, a, b 및 c는 원자%로 7≤a≤20, 1≤b≤19, 0≤c≤4, 75≤100-a-b-c≤85를 만족하며,
   상기 Fe기 금속 자성 재료가 아몰퍼스 합금이며, 그 조직의 적어도 일부가 결정화되어 있으며,
   상기 박판형 자성체의 단층(單層)의 두께가 15㎛~35㎛이고,
   상기 박판형 자성체는, 주파수 500kHz에서의 교류 비투자율(μr)이 220 이상 770 이하인 것을 특징으로 하는 자성 시트.
2. 청구항 1에 있어서,
   복수의 박판형 자성체를 나열하여 수지 필름에 붙여 맞춘 것을 특징으로 하는 자성 시트.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 박판형 자성체는 상기 수지 필름에 부착된 상태를 유지하면서 복수로 분할되며,
   수지 필름의 박판형 자성체가 첩부되는 측의 일면과는 반대면 혹은 박판형 자성체와 수지 필름의 사이에, 두께 5㎛~30㎛의 Cu박 또는 Al박의 도전체를 설치한 것을 특징으로 하는 자성 시트.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 박판형 자성체가 논크랙(non-crack) 상태에 있는 것을 특징으로 하는 자성 시트.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 자성 시트를 이용한 전자 기기로서,
   상기 자성 시트에 근접하여 지자기 센서를 이용한 전자 컴퍼스가 배치된 것을 특징으로 하는 전자 기기.
6. Fe기 금속 자성 재료로 이루어지고 단층의 두께가 15㎛~35㎛인 박판형 자성체에 열처리를 실시하여, 상기 박판형 자성체의 주파수 500kHz에서의 교류 비투자율(μr)을 220 이상 770 이하로 하는 열처리 공정과,
   열처리한 상기 박판형 자성체를 수지 필름 상에 점착층을 통해 보유지지하여 자성 시트를 구성하는 라미네이트 공정과,
   상기 자성 시트를 소정의 형상으로 커트하는 커팅 공정을 구비하며,
   상기 Fe기 금속 자성 재료가, Fe_100-a-b-cB_aSi_bC_c로 나타나고, a, b 및 c는 원자%로 7≤a≤20, 1≤b≤19, 0≤c≤4, 75≤100-a-b-c≤85를 만족하며,
   상기 Fe기 금속 자성 재료가 아몰퍼스 합금이며, 그 조직의 적어도 일부가 결정화되어 있는 것을 특징으로 하는 자성 시트의 제조 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 열처리 공정에서는, 상기 박판형 자성체를 원환상으로 한 상태에서 열처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 자성 시트의 제조 방법.
8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
   상기 라미네이트 공정 후, 상기 자성 시트의 면 상의 복수 개소에 외력을 가하는 공정과,
   상기 자성 시트를 롤로 권취함으로써, 상기 외력을 가한 개소를 기점으로 한 크랙을 발생시켜 상기 박판형 자성체를 복수의 고체편으로 분할하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 자성 시트의 제조 방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 자성 시트의 면 상의 복수 개소에 외력을 가하는 공정을 상기 커팅 공정과 동시에 행하는 것을 특징으로 하는 자성 시트의 제조 방법.
10. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Fe기 금속 자성 재료가 Fe₈₀B₁₁Si₉로 나타나는 것을 특징으로 하는 자성 시트.
11. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박판형 자성체는 α-Fe 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 시트.
12. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    결정상으로서 Si를 고용한 α-Fe와 함께 규화물이 석출되어 있는 것을 특징으로 하는 자성 시트.
13. Fe기 금속 자성 재료로 이루어지고 단층의 두께가 15㎛~35㎛인 박판형 자성체에 열처리를 실시하여, 상기 박판형 자성체의 주파수 500kHz에서의 교류 비투자율(μr)을 220 이상 770 이하로 하는 열처리 공정과,
    열처리한 상기 박판형 자성체를 수지 필름 상에 점착층을 통해 보유지지하여 자성 시트를 구성하는 라미네이트 공정과,
    상기 자성 시트를 소정의 형상으로 커트하는 커팅 공정을 구비하며,
    상기 열처리 공정에서는, 상기 박판형 자성체를 원환상으로 한 상태에서 열처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 자성 시트의 제조 방법.
    
    

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