KR101841686B1 - 곡면형 내장 안테나 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내장형 안테나에 관한 것으로, 좀 더 바람직하게는 에폭시 수지를 포함하는 조성물을 저온에서 다단계 경화하여 곡면 성형되는 곡면형 내장 안테나 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 제조방법으로 제조된 곡면형 내장 안테나는 굴곡성이 우수하여 실장공간을 줄일 수 있어 높은 공간 활용도를 갖는다.

Description

곡면형 내장 안테나 제조방법{PROCESS FOR MANUFACTURING CURVED-TYPE INTERNAL ANTENNA}

본 발명은 내장형 안테나 제조방법에 관한 것으로, 에폭시 수지를 포함하는 조성물을 저온에서 다단계 경화하여 곡면 성형되는 곡면형 내장 안테나 제조방법에 관한 것이다.

휴대용 단말기는 널리 보급되고 있는 전자 기기 중 하나로 자리 잡고 있다. 그 중 음성 및 인터넷 통신이 가능한 스마트폰 형태로 이동 통신 단말기가 발전하고 있는 추세이다.

휴대용 단말기는 본래의 목적인 휴대성을 제공하기 위해, 디스플레이를 제외한 나머지 모듈들의 부피나 무게를 줄이는 방향으로 발전해가고 있다. 휴대용 단말기는 음성 통화나 영상 통화를 수행하는 기능을 가지며, 이를 위해 안테나가 필수 구성요소로 구비되어야 한다.

기존 통신에 사용되는 안테나는 대한민국 공개특허 제10-2005-0075050호에 제시된 바와 같이 단말기 외부로 돌출되어 구비되는 구조를 가졌었다. 그러나 돌출형 안테나의 경우 휴대 시 파손의 우려가 있고 휴대가 불편한 문제점을 가진다.

최근 휴대 단말기를 비롯한 휴대 통신 기기의 박형화, 경량화, 저비용화 추세에 맞춰 휴대 단말기를 구성하는 부품에 대해서도 박형화 및 경량화가 요구되고 있다. 따라서 종래 돌출형 안테나에서 단말기 내부에 실장되는 내장형 안테나 형태로 발전하고 있다. 또한 내장형 안테나의 경우 종래 하나의 주파수 대역에서 동작하는 것에서 두 개 이상의 다중 대역에서 동작하는 형태로 발전하고 있어 안테나 실장 공간을 줄이기 위한 연구가 다양하게 진행중이다.

안테나 실장 공간을 줄이기 위한 방법으로 대한민국 등록특허 제10-1460475호에 제시된 바와 같이 3차원 안테나 장치가 제시되고 있다. 3차원 안테나를 단말기에 적용함에 따라 휴대용 단말기 내에서 공간 활용도를 극대화시킬 수 있다.

3차원 안테나를 제조하기 위해 굴곡 특성을 갖는 구성성분이 첨가된 안테나 제조용 조성물이 요구된다. 이는 안테나를 적용하고자 하는 휴대용 단말기 각각의 크기 및 형태가 상이하므로 일정 곡률의 굴곡성을 가지며 성형 가공성 및 기계적 물성이 우수한 내장 안테나가 요구되고 있기 때문이다.

(특허문헌 001) 한국 공개특허공보 제10-2005-0075050호

(특허문헌 002) 한국 등록특허공보 제10-1460475호

이에 본 발명자들은 휴대용 단말기 내부에서 높은 공간 활용도를 갖는 3차원의 곡면형 내장 안테나를 제조하기 위해 다각적으로 노력한 결과, 에폭시를 포함하는 조성물을 저온에서 다단계로 경화시킴에 따라 다양한 형태로 곡면 성형되는 곡면형 내장 안테나가 제조되는 것을 확인하였다.

따라서, 본 발명의 과제는 다양한 형태로 곡면 성형 가능해 공간 활용도가 우수한 곡면형 내장 안테나 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은

에폭시 수지를 포함하는 조성물을 준비하는 단계;

조성물의 기포 제거 후 70 ~ 100℃에서 1차 가경화하는 단계;

1차 가경화된 조성물을 캐스팅(casting) 후 70 ~ 100℃에서 2차 가경화하여 기판으로 제조하는 단계;

상기 기판 상에 전극을 형성하는 단계;

전극이 형성된 기판을 건조하는 단계; 및

건조된 기판을 성형몰드 내에서 70 ~ 100℃에서 완전 경화하여 곡면 성형하는 단계를 포함하는 곡면형 내장 안테나 제조방법을 제공한다.

본 발명의 제조방법으로 제조된 곡면형 내장 안테나는 굴곡성이 우수하여 실장공간을 줄일 수 있어 높은 공간 활용도를 갖는다.

도 1은 본 발명의 에폭시 수지를 포함하는 조성물의 60℃ 등온 조건에서의 시간에 따른 경화 거동 결과 그래프이다.
도 2는 본 발명의 에폭시 수지를 포함하는 조성물의 70℃ 등온 조건에서의 시간에 따른 경화 거동 결과 그래프이다.
도 3은 본 발명의 에폭시 수지를 포함하는 조성물의 80℃ 등온 조건에서의 시간에 따른 경화 거동 결과 그래프이다.
도 4는 본 발명의 에폭시 수지를 포함하는 조성물의 100℃ 등온 조건에서의 시간에 따른 경화 거동 결과 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1 곡면형 내장 안테나의 인장강도 측정 결과 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 곡면형 내장 안테나의 TGA 분석 결과 그래프이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 곡면형 내장 안테나 제조방법은

에폭시 수지를 포함하는 조성물을 준비하는 단계;

조성물의 기포 제거 후 70 ~ 100℃에서 1차 가경화하는 단계;

1차 가경화된 혼합물을 캐스팅(casting) 후 70 ~ 100℃에서 2차 가경화하여 기판 제조하는 단계;

상기 기판 상에 전극을 형성하는 단계;

전극이 형성된 기판을 건조하는 단계; 및

건조된 기판을 성형몰드 내에서 70 ~ 100℃에서 완전 경화하여 곡면 성형하는 단계를 포함하여 제조된다.

이하 각 단계별로 상세히 설명한다.

먼저, 에폭시 수지를 포함하는 조성물을 준비한다.

본 발명에 따른 에폭시 수지를 포함하는 조성물은 용매, 에폭시, 희석제, 경화제 및 촉진제를 포함하는 조성물을 말한다.

본 발명에 따른 용매는 에폭시 수지를 용해할 수 있는 성분을 선택하여 사용하는 것이 좋다. 구체적으로는 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 시클로헥사논, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 및 아세톤 중 어느 하나를 사용하는 것이 좋으며, 바람직하게는 아세톤을 용매로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 용매의 함량은 특별히 한정되지 않고, 조성물 중 잔부의 양으로 포함될 수 있다.

상기 에폭시는 휨 강도 및 연성 특징을 갖는 재질이다. 따라서 에폭시 재질을 채택하여 제조함에 따라 다양한 형상으로 굴곡 성형 가능한 곡면형 내장 안테나를 제조할 수 있다. 본 발명의 에폭시 수지는 제한되지 않으나 하기 화학식 1의 구조를 갖는 O-Cresol Novolac Epoxy 수지를 채택하는 것이 바람직하다.

[화학식 1]

(상기 n은 3 내지 5이다)

본 발명에서는 상기 화학식 1의 구조를 갖는 에폭시 수지를 채택함에 따라 1차 및 2차 가경화 공정 시 짧은 경화시간 조건에서도 경화된다. 짧은 시간에서 경화가 이루어짐에 따라 후공정인 1차 및 2차 가경화 및 완전경화 공정 진행 시 시간의 지연이 없어 생산성이 향상된다. 또한 본 발명의 에폭시 수지를 포함하는 조성물을 이용하여 성형 시 원하는 형태로 유지가 가능하며, 전극 인쇄 후 완전 경화인 열경화가 가능한 효과를 가진다.

첨가되는 에폭시는 조성물 중 40 내지 50 중량%의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 그러나 이에 한정되지 않으며 요구되는 굴곡성 정도 및 성형 형상에 따라 첨가량을 조절하여 첨가할 수 있다.

상기 희석제는 에폭시 수지가 첨가된 조성물의 점도를 낮춰준다. 이는 에폭시 수지가 첨가된 조성물의 점도가 높은 경우 첨가된 성분이 균일하게 혼합되지 않아 용이하게 건조되지 않는다. 따라서 희석제를 첨가하여 조성물의 점도를 저하시켜 조성물에 기포가 생기지 않으면서 균일하게 혼합되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 희석제는 어느 하나로 한정되지 않으나 본 발명의 실시예에서는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(Trimethylolpropane Triacrylate)를 사용하였다. 또한 조성물 중 10 내지 25 중량%, 바람직하게는 20 내지 25 중량%의 함량 범위로 첨가되는 것이 좋다. 이는 상기 범위 이외의 함량으로 첨가할 경우 혼합용액의 점도가 충분히 저하되지 않으며, 효율적으로 탈포되지 않아 최종 제품의 강도가 취약해 질 수 있기 때문이다.

경화제는 상기 에폭시 수지와 반응하여 에폭시 수지를 경화시키는 성분으로 제1 내지 제3 아민, 지방족 아민 등의 아민계 경화제, 지환식 산 무수물(alicyclic acid anhydride)계 경화제를 첨가하여 사용하는 것이 좋으며, 시제품으로는 HN 2200을 예로 들 수 있다. 상기 경화제는 조성물 중 10 내지 20 중량% 범위, 바람직하게는 16 내지 17 중량% 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 이는 경화제 첨가량이 상기 범위 이외의 양으로 첨가되면 미반응된 에폭시 수지가 잔류하여 혼합용액의 경화 시 유리전이온도(Tg)와 기계적 물성이 저하될 수 있기 때문이다.

본 발명에 첨가되는 촉진제는 열에 의해 경화제의 반응을 개시하여 조성물을 경화시키는 기능을 한다. 본 발명의 경화 촉진제는 아민 화합물, 이미다졸 화합물, 변성 아민 화합물 및 변성 이미다졸 화합물을 사용할 수 있으며, 시제품으로는 국도화학의 KH-30을 예로 들 수 있다. 본 발명에 따른 촉진제는 조성물 총 100 중량% 중 0.1 내지 3 중량%의 함량으로 첨가될 수 있다. 이는 상기 범위 미만으로 함유되는 경우 경화 반응속도가 늦어지게 되고, 이와 반대로 상기 함량 범위를 초과하여 첨가될 경우 조성물의 반응속도 제거가 힘들어지게 되어 경화물의 기계적 물성이 저하될 수 있기 때문이다.

본 발명의 에폭시를 포함하는 조성물은 통상의 무기물 충전제, 커플링제, 소포제, 안료, 염료 등의 성분을 적절하게 더 포함할 수 있으며 첨가제의 종류 및 첨가량은 한정되지 않는다.

다음으로, 준비된 조성물 내의 기포를 제거 후 조성물을 1차 가경화한다.

용매, 에폭시, 희석제, 경화제, 및 촉진제를 포함하는 조성물 혼합 시 발생되는 기포를 제거한다. 이는 상기 조성물 내에 발생되는 기포를 제거하는 공정을 수행하지 않으면 최종 제품인 곡면형 내장 안테나는 외부의 충격 또는 화학적 반응에 의해 쉽게 손상될 수 있으므로 기포 제거 단계를 수행하는 것이 바람직하다. 기포제거 공정은 탈포기를 사용하거나 Planetary mixer를 사용하여 기포를 제거할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

상기 기포가 제거된 조성물을 70 ~ 100℃의 온도범위에서 5분 내지 20분간 1차 가경화한다. 본 발명의 기포가 제거된 조성물은 점도가 너무 낮아 후공정인 기판 형상으로 제조하기 위한 캐스팅(casting) 공정 시 형태를 유지하기 어려우므로, 형태 유지 목적으로 1차 가경화를 진행하는 것이 좋다. 1차 가경화는 70 내지 100℃의 온도범위에서 5분 내지 20분간 진행하는 것이 좋다. 이는 상기 범위 미만의 온도 조건에서는 경화가 이루어지지 않게 되며 상기 범위 초과 조건에서는 경화가 급격히 진행되어 기포가 발생될 수 있기 때문이다. 또한 5분 미만의 경화 시간에서는 충분한 경화가 이루어지지 않게 되며, 20분 초과의 경화 시간에서는 1차 가경화 시간이 길어져 점도가 향상됨에 따라 성형성이 떨어지게 된다.

이어서, 1차 가경화를 마친 조성물을 캐스팅(casting) 후 2차 가경화하여 기판 형상으로 제조한다. 상기 캐스팅은 두께가 조절될 수 있는 닥터 블레이드(doctor blade)를 이용하여 제조할 수 있다.

캐스팅 공정을 수행한 조성물은 2차 가경화하여 기판 형태로 제조된다. 2차 가경화 공정은 전극 인쇄시 적정한 형태를 유지할 수 있도록 하기 위해 수행한다.

2차 가경화는 건조기 내에서 70 내지 100 ℃의 온도범위로 30분 내지 50분간 경화시키는 것이 바람직하다. 이는 경화 공정 시 온도를 70℃ 미만으로 경화할 경우 경화가 일어나지 않으며 100℃ 이상의 온도범위에서 경화할 경우 급격한 경화가 진행되어 균일한 형상의 기판을 얻을 수 없게 된다. 또한 30분 이내로 경화를 진행하면 다음으로 진행할 전극 형성 단계 시 형태가 유지되기 어려우며, 50분을 초과하여 경화하면 성형성이 떨어져 곡면 성형이 용이하게 이루어지지 않게 된다.

다음으로, 기판 상에 전극을 형성한다.

상기 형성되는 전극은 금속 박막으로 구성될 수 있다. 좀 더 구체적으로는 철, 구리, 아연, 주석, 금, 은, 백금, 니켈 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 필름 형태로 구성될 수 있다. 또한, 상기 전극은 도전성 물질이 함유된 박막으로 형성될 수 있다. 이는 분말 형상의 도전성 물질을 본 발명의 기판상에 코팅 후 패터닝하여 전극을 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 전극은 상기 기판상의 일측 및 타측면에 일정한 간격으로 이격되어 제 1 및 2 전극패턴이 형성되며, 두 전극은 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제 1 및 2 전극패턴의 간격은 0.2 ~ 1.0mm일 수 있으며 이에 제한되지 않는다. 발명에 따른 전극은 인쇄, 스퍼터링, 도금, EMI 스프레이, 에칭 등을 통해 형성될 수 있으며, 본 발명에 따른 전극 형성 방법은 스크린 프린팅을 통해 전극을 형성하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 전극이 형성된 기판을 건조한다.

상기 건조 공정은 상기 기판 상에 인쇄된 전극을 건조시키기 위한 공정으로 상온 건조 또는 건조기를 이용하며 건조 조건은 한정되지 않는다.

마지막으로, 상기 건조된 기판을 성형몰드 내에서 완전 경화하여 곡면 성형한다.

상기 완전 경화는 본 발명에 따른 상기 기판을 성형 몰드를 통해 곡면 성형하는 것을 말한다. 상기 기판을 성형 몰드에 넣은 후 일정시간 동안 열 및 압력을 가하면 3차원 형상의 곡면형 내장 안테나가 제조된다.

상기 완전 경화 조건은 70 내지 100℃의 온도 범위에서 25분 내지 45분간 경화된다. 이는 25분 이내로 경화를 진행하면 충분한 경화가 이루어지지 않으며, 45분을 초과하여 경화 시 이미 경화가 완료되어 추가 경화의 의미가 없게 된다.

상기와 같이 본 발명에 따른 곡면형 내장 안테나 제조방법은 에폭시를 포함하는 조성물을 저온의 조건에서 다단계로 경화시킴에 따라 다양한 형태로 곡면 성형 가능하여 휴대용 단말기 내부의 공간 활용도를 높일 수 있는 곡면형 내장 안테나를 제조할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1] 본 발명의 곡면형 내장 안테나 제조

아세톤 10g에 국도화학의 YDCN-500-90P 에폭시 20g을 넣고 녹을 때까지 저어주었다. 그 다음 에폭시가 첨가된 용액에 10g의 TMPTA를 넣어 점도를 낮추고 오븐에서 아세톤을 2g만 남기고 증발시켰다. 그 후 경화제 8g 및 촉진제 0.48g을 첨가한다. 그 후 Planetary Mixer을 이용하여 혼합 후 기포를 제거하였다. 충분한 기포가 제거된 것을 확인한 다음 건조기에서 80℃로 1차 경화하였다. 그 후 용액을 닥터블레이드를 이용하여 캐스팅하여 시트 형태로 제조 후 80℃에서 2차 경화하여 기판을 제조하였다.

상기 기판상에 Ag를 스크린 프린팅하여 전극을 형성하였다. 전극 인쇄 후 8분 동안 건조한 뒤 성형 몰드에 기판을 넣고 곡면 성형하였다. 곡면 성형은 80℃의 온도에서 30분 동안 경화를 진행하였다.

[시험예 1] 온도에 따른 경화 거동

본 발명의 에폭시 수지를 포함하는 조성물의 경화 공정 시 온도에 따른 경화 거동을 살펴보았다. 온도에 따른 경화 거동은 RMS 장비를 사용하여 측정하였으며 측정결과는 도 내지 도 4와 같다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 에폭시 수지를 포함한 조성물은 60℃의 등온 조건으로 시간 변화에 따른 경화 거동 관찰 결과 경화가 이루어지지 않는 것을 알 수 있다. 70℃의 등온 조건 시 1000초 이후부터 경화가 시작되어 10000초 부근에서 경화가 완료되는 것으로 측정되었다. 한편 80℃의 등온 조건 시 1200초 이후부터 경화가 시작되어 5000초 부근에서 경화가 완료되는 것으로 측정되었다. 또한 100℃의 등온 조건으로 시간변화에 따른 경화 거동 관찰결과 100℃ 유지 후 5분 이후부터 경화가 시작되어 1100초 부근에서 경화가 완료되는 것을 알 수 있다.

[시험예 2] 인장강도 물성측정

본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 실시예 1 곡면형 내장 안테나의 기초물성을 평가하기 위해 인장강도를 측정하였다. 인장강도 측정은 ASTM D 638 규격을 이용하여 시험편을 제작하였다. 측정은 시편 5개를 동일한 조건에서 측정 후 그 평균값을 구하였으며 그 결과는 도 5에 도시된 바와 같다.

도 5에 도시된 바와 같이, ASTM D 638의 규격으로 시험편의 인장강도를 측정한 결과 19.562N/㎟의 결과값을 나타내는 것을 알 수 있었다.

[시험예 3] 열적 안정성 측정

본 발명의 실시예 1 곡면형 내장 안테나의 열적 안정성을 평가하기 위해 TGA 분석을 실시하였다. TGA(Thermogravimetric Analysis, 열중량분석법) 분석법은 온도변화에 따른 시료의 무게변화를 측정하여 분석하는 방법이다. 본 발명에서는 10℃/min, air 분위기 하에서 실시하여 그 결과를 도 6에 나타내었다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 곡면형 내장 안테나의 경우 200℃ 까지 무게 감량의 변화가 크게 나타나지 않아 200℃까지 열적 안정성을 갖는 것을 확인할 수 있다.

Claims (9)

1. 에폭시 수지를 포함하는 조성물을 준비하는 단계;
   조성물의 기포 제거 후 70 ~ 100℃에서 1차 가경화하는 단계;
   1차 가경화된 조성물을 캐스팅(casting) 후 70 ~ 100℃에서 2차 가경화하여 기판으로 제조하는 단계;
   상기 기판 상에 전극을 형성하는 단계;
   전극이 형성된 기판을 건조하는 단계; 및
   건조된 기판을 성형 몰드 내에서 70 ~ 100℃에서 완전 경화하여 곡면 성형하는 단계를 포함하는 곡면형 내장 안테나 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 에폭시 수지는 하기 화학식 1의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 곡면형 내장 안테나 제조방법:
   [화학식 1]
   

   

   
   (상기 n은 3 내지 5이다.)
3. 제1항에 있어서, 상기 조성물은
   용매, 에폭시, 희석제, 경화제, 및 촉진제를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면형 내장 안테나 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 조성물은
   전체 100 중량%를 만족하도록 에폭시 40~50 중량%, 희석제 10~25 중량%, 경화제 10~20 중량%, 촉진제 0.1~3 중량% 및 용매 잔부를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면형 내장 안테나 제조방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 용매는 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 시클로헥사논, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 및 아세톤으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 곡면형 내장 안테나 제조방법.
6. 제3항에 있어서, 상기 희석제는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(Trimethylolpropane Triacrylate)인 것을 특징으로 하는 곡면형 내장 안테나 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 1차 가경화는 70 ~ 100℃에서 5분 내지 20분간, 2차 가경화는 70 ~ 100℃에서 30분 내지 50분간, 완전 경화는 70 ~ 100℃에서 25분 내지 45분간 경화되는 것을 특징으로 하는 곡면형 내장 안테나 제조방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 전극 형성 단계는 상기 기판 상의 일측면 및 타측면에 제 1 및 2 전극 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 곡면형 내장 안테나 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 제 1 및 2 전극 패턴은 일정 간격으로 이격 형성되어 연결되는 것을 특징으로 하는 곡면형 내장 안테나 제조방법.

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