KR102026542B1 - 터치 센서용 연성 금속 적층판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종래 연성 동박 적층판에 비해 약 30배 정도의 높은 비저항값을 가져 정전용량 방식의 터치센서에 적용시 높은 인식률과 정밀성을 나타낼 수 있는 신규 연성 금속 적층판을 제공한다.

Description

터치 센서용 연성 금속 적층판{FLEXIBLE METAL CLAD LAMINATE FOR TOUCH SENSOR}
본 발명은 종래 동박에 비해 약 30배 정도의 높은 비저항값을 가져 정전용량 방식의 터치센서에 적용시 높은 인식률과 정밀도를 나타낼 수 있는 신규 연성 금속 적층판에 관한 것이다.
최근 네비게이션, 스마트폰과 같이 소형 디스플레이 장치가 구비된 전자기기의 사용이 확대되면서 터치 스크린 패널과 같은 입력수단이 구비된 디스플레이 소자가 널리 이용되고 있다.
터치 스크린 패널(touch screen panel, TSP)은 손 또는 터치펜 등을 이용하여 컴퓨터를 제어할 수 있는 입력수단이 구비된 전자소자이다. 터치 스크린 패널은 압력을 감지하는 저항막 방식, 전하의 이동을 감지하는 정전용량 방식 등이 있고, 제조원가를 절감하고 입력 오류를 최소화하기 위한 다양한 구조와 제조방법에 관한 기술이 개발되고 있다.
정전용량 방식의 터치센서는 사람의 몸을 통한 기전력을 기준으로 터치 여부를 검출하여, 사람의 손에 의해 터치센서 입력부를 만졌을때 표면 기전력을 콘덴서의 충/방전을 통해 검출하는 센서이다. 이러한 정전용량 방식의 터치 센서는, 일반적으로 터치부가 되는 외장이 부도체로 구성되며, 상기 외장의 내벽에 구리판 또는 구리 테이프 등의 전도체를 부착하여 외부로부터의 터치를 감지하게 된다. 이에 따라 사용자가 외장을 터치하는 경우, 사용자의 신체 접촉에 의해 정전용량의 변화가 발생하게 되고, 그로 인해 발생되는 신호가 케이블을 통해 정전용량 터치 칩에 전달되어 사용자에 의한 터치 여부를 인식하게 된다. 전술한 터치센서는 고객의 터치에 반응하여 발광하는 LED 또는 LCD 램프, 또는 특정 신호를 전달하는 반도체 칩(chip)이 각각 구비되는데, 이러한 LED, LCD 램프이나 칩을 제어하는 인쇄회로기판(PCB)이 내부에 구비되어야 한다.
그러나 종래 인쇄회로기판은 동박으로 이루어진 연성 동박 적층판(FCCL)을 이용하여 구성되는데, 이러한 연성 동박 적층판은 구리(Cu)의 높은 전기전도도 인해 비저항값이 상대적으로 낮으므로, 이를 구비하는 터치 센서의 인식률과 정밀도 면에서 한계가 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 종래 연성 동박 적층판(FCCL) 대신에 구리와 니켈의 합금층을 포함하는 연성 금속 적층판을 구비함으로써, 종래 동박 대비 높은 비저항값을 가져 정전용량 방식의 터치센서에 적용시 높은 인식률과 정밀도를 나타낼 수 있으며, 제조공정의 간소화 및 비용 감소를 발휘할 수 있는 신규 연성 금속 적층판을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명은 절연성 필름; 및 상기 절연성 필름의 일면 또는 양면 상에 배치된 구리-니켈 합금층을 포함하며, 비저항이 2.0×10-7 Ω·m 이상인 것을 특징으로 하는 연성 금속 적층판을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 합금층에서 구리와 니켈의 합금 비는 55~60 : 45~40 중량비일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 합금층의 표면 조도(Rz)는 1.0 ㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 합금층의 두께는 9 내지 105 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 절연성 필름은 폴리이미드(polyimide) 필름, 또는 열가소성 폴리이미드층이 코팅된 폴리이미드 필름일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 폴리이미드 필름 또는 폴리이미드층은 각각, 착색제 및 무기충전제 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 폴리이미드는 투명 폴리이미드, 착색 폴리이미드, 또는 블랙 폴리이미드일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 절연성 필름의 두께는 9 내지 50 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 금속층에 대한 절연성 필름층의 박리강도(Peel stregth) 값이 0.7 kgf/cm 이상일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 연성 금속 적층판은 외부 터치를 감지하는 정전용량 방식의 터치 센서용일 수 있다.
또한 본 발명은 전술한 연성 금속 적층판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제조방법은 구리(Cu)-니켈(Ni) 합금으로 이루어진 2개의 금속 기판을 준비하는 단계; 및 상기 2개의 금속 기판 사이에 절연성 필름을 개재시킨 후 라미네이션하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 절연성 필름은, 폴리이미드 필름 또는 열가소성 폴리이미드층이 코팅된 폴리이미드 필름일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 제조방법은 구리(Cu)-니켈(Ni) 합금으로 이루어진 제1금속 기판의 일면 상에 폴리이미드 용액을 도포한 후 건조하여 폴리이미드 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 폴리이미드 코팅층이 형성된 제1금속 기판의 일면과, 구리-니켈 합금으로 이루어진 제2금속 기판을 서로 접하도록 배치한 후 접합하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
아울러, 본 발명은 절연성 필름; 상기 절연성 필름의 제1면에 배치된 구리(Cu)-니켈(Ni) 합금층; 및 상기 절연성 필름의 제2면에 배치된 구리(Cu)층을 포함하는 연성 금속 적층판을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 합금층과 구리층 간의 비저항 차가 0.1 ×10-7 내지 5.0×10-7 Ω·m 일수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 합금층에서 구리와 니켈의 합금 비는 55~60 : 45~40 중량비일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, T형 열전대 (Thermocouple)용일 수 있다.
본 발명에서는 종래 동박 대비 높은 비저항값을 갖는 구리-니켈 합금을 이용하여 연성 금속 적층판을 구성함으로써, 이를 구비하는 3D 터치 센서의 인식률 및 정밀도를 효과적으로 개선할 수 있다.
또한 상기 연성 금속 적층판은 박막형의 금속 기판을 사용하여 종래 라미네이션(Lamination)법이나 캐스팅(Casting)법 등을 제한 없이 적용할 수 있으므로, 가공성을 보다 향상시키고 제조공정의 간소화 및 공정비용 감소를 도모할 수 있다.
아울러, 사용하는 폴리이미드층의 성분을 변형 및 조절함에 따라 고내열성, 내화학성이 우수한 연성 금속 적층판을 제조할 수 있다
따라서 본 발명에 의한 연성 금속 적층판은 높은 비저항값과 우수한 접착력 효과를 나타내므로, 단말기 장치에 사용되어 3D 터치 센서 용도로 유용하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판의 제조 공정도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판의 제조 공정도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판의 제조 공정도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판의 제조 공정도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명에 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
<연성 금속 적층판>
본 발명의 일 구현예에 따르면, 구리(Cu)와 니켈(Ni)을 함유하는 합금 재질로 이루어지는 금속층을 포함하는 연성 금속 적층판을 제공한다.
여기서, 상기 연성 금속 적층판은 연성 인쇄회로기판(FPCB)의 재료로서, 절연성 필름(예컨대, 폴리이미드 필름)과 금속층이 결합된 적층체를 지칭한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 것이다. 구체적으로, 상기 연성 금속 적층판(100)은 절연성 필름(10); 및 상기 절연성 필름의 일면 또는 양면에 배치된 구리-니켈 합금층(20)을 포함한다.
절연성 필름
본 발명의 연성 금속 적층판(100)에 있어서, 절연성 필름(10)은 인접하는 금속층, 예컨대 구리-니켈 합금층(20)과 밀착되어 우수한 접착력을 발휘함과 동시에 상기 합금층(20)이 외부와 전기적 절연이 되도록 하는 역할을 한다.
상기 절연성 필름(10)은 당 분야에 사용되는 통상적인 고분자를 제한없이 사용할 수 있으며, 일례로 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아마이드이미드, 폴리아믹산 수지, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 술파이드, 폴리에스테르술폰, 폴리에테르에테르 케톤, 방향족 폴리아마이드, 폴리카보네이트 및 폴리아릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 폴리이미드(PI) 필름이다.
본 발명에서는 절연성 필름(10)으로서 폴리이미드(PI) 필름을 적용함에 따라 유연성(flexibility)과 우수한 열저항(thermal resistance) 특성을 나타냄과 동시에 폴리이미드 본연의 고유한 물성을 발휘한다.
구체적으로, 폴리이미드(polyimide, PI) 수지는 이미드 고리를 가지는 고분자 물질로서, 이미드 고리의 화학적 안정성을 기초로 하여 우수한 내열성, 연성, 내화학성, 내마모성과 내후성 등을 발휘하며, 그 외에도 낮은 열팽창율, 낮은 통기성 및 저유전 특성을 나타낸다. 따라서 상기 폴리이미드 수지를 구리-니켈 합금층(20)과 일체화할 경우, 폴리이미드 자체의 난연성에 기인하여 연성 금속 적층판(100)의 난연성을 충분히 확보할 수 있다. 또한 표면 경도가 증가하여 내스크래치성이 상승하게 되며, 높은 유리전이온도에 의한 내열성 증가, 및 에폭시 수지 대비 높은 굴곡성을 확보할 수 있다. 그리고, 연성 금속 적층판(100)의 유연성(flexibility) 부여 및 우수한 열 저항(thermal resistance) 특성을 발휘할 수 있으며, 제품 설계의 자유도를 높일 수 있다.
본 발명의 폴리이미드 필름(10)은, 자기 지지성을 가지는 필름 내지 시트 형상이거나, 또는 상기 필름이나 시트에 형성된 코팅층을 포함하는 형태일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 절연성 필름(10)은 폴리이미드 필름 또는 열가소성 폴리이미드층이 코팅된 폴리이미드 필름일 수 있다.
상기 폴리이미드 필름은, 당 분야에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, (i) 폴리이미드 전구체인 폴리아믹산 용액을 합성한 후, 이를 기재(예컨대, 폴리이미드 필름) 상에 코팅하여 경화하는 방법, (ii) 폴리이미드 전구체인 폴리아믹산 용액을 합성한 후 촉매, 및 탈수제와 반응시키는 화학적 이미드화법, (iii) 테트라카르복실릭 디안하이드라이드의 하프에스테르염 등의 염 또는 이미드 올리고머(oligomer)를 얻고 이를 고상중합을 하는 방법, 또는 (iv) 테트라카르복실릭 디안하이드라이드와 디이소시아네이트를 반응시키는 방법 등이 있다. 그 외, 상용화된 열경화형 폴리이미드계 수지 필름을 사용하거나, 또는 용해성 폴리이미드(soluble PI)나 폴리아믹산 용액을 기재(예, 폴리이미드 필름) 상에 코팅하여 제조될 수 있다.
본 발명에서, 상기 폴리이미드 수지 또는 폴리아믹산 용액(폴리이미드 전구체 용액)은 방향족 디안하이드라이드와 방향족 디아민이 용매의 존재 하에서 반응하여 형성될 수 있다.
상기 폴리아믹산 용액에 포함되는 방향족 디안하이드라이드 물질은 당 분야에 알려진 통상적인 방향족 산이무수물을 제한 없이 사용할 수 있다. 사용 가능한 방향족 디안하이드라이드의 비제한적인 예로는, 피로멜리틱 디안하이드라이드(PMDA: pyromellitic dianhydride), 3,3',4,4'-비페닐테트라카르복실릭 디안하이드라이드(BPDA: 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylicdianhydride), 3',4,4'-벤조페논테트라카르복실릭 디안하이드라이드(BTDA: 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride), 4,4'-옥시디프탈릭 안하이드라이드(ODPA: 4,4'-oxydiphthalic anhydride), 4,4'-(4,4'-이소프로필리덴디페녹시)-비스-(프탈릭 안하이드라이드)(BPADA: 4,4'-isopropylidenediphenoxy)-bis(phthalic anhydride), 2,2'-비스-(3,4-디카르복시페닐)헥사플루오로프로판 디안하이드라이드(6FDA: 2,2'-bis-(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluoropropane dianhydride), 에틸렌글리콜 비스 (안하이드로-트리멜리테이트)(TMEG : ethylene glycol bis (anhydro-trimellitate)), 하이드로퀴논 디프탈릭 안하이드라이드(HQDEA: Hydroquinone diphthalic anhydride) 및 3,4,3',4'-디페닐술폰 테트라카르복실릭 디안하이드라이드(DSDA: 3,4,3',4'-diphenylsulfonetetracarboxylicdianhydride), 또는 이들의 2종 이상 혼합물 등이 있다.
또한 상기 폴리아믹산 용액에 포함되는 방향족 디아민 물질은 당 분야에 알려진 통상적인 방향족 디아민을 제한 없이 사용할 수 있다. 사용 가능한 방향족 디아민의 비제한적인 예로는 p-페닐렌 디아민(p-PDA:p-phenylenediamine), m-페닐렌디아민(m-PDA:m-phenylene diamine), 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-ODA:3,4'-oxydianiline), 2,2-비스(4-4[아미노페녹시]-페닐)프로판(BAPP:2,2-bis(4-[4-aminophenoxy]-henyl)propane), 2,2'-디메틸-4,4'-디아미노 비페닐(m-TB-HG:2,2'-Dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl), 1,3-비스 (4-아미노페녹시)벤젠(TPER:1,3-bis(4-aminophenoxy) benzene), 2,2-비스(4-[3-아미노페녹시]페닐)술폰(m-BAPS:2,2-bis(4-[3-aminophenoxy]phenyl) sulfone), 4,4'-디아미노 벤즈아닐라이드(DABA:4,4'-diamino benzanilide), 4,4'-비스(4-아미노페녹시)비페닐(4,4'-bis(4-aminophenoxy)biphenyl), 또는 2종 이상의 혼합물 등이 있다.
한편, 본 발명에서는 상기한 폴리이미드 필름을 제작하기 위한 폴리이미드 수지; 및/또는 상기 폴리이미드 전구체 용액의 합성에 사용되는 방향족 디안하이드라이드와 방향족 디아민 중 적어도 하나로서 불소 원자로 치환된 것을 사용할 수 있다. 이를 통해, 종래와 같이 불소 수지를 추가로 포함하지 않더라도, 극성이 낮은 불소 원자의 특성으로, 저유전율 및 저유전 손실율의 특성을 확보할 수 있고, 강직성(rigidity)을 높여 우수한 내화학성을 확보할 수 있다.
본 발명에서, 폴리아믹산 용액의 제조시 사용되는 용매의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 당 분야에서 통상적으로 사용되는 유기 용매라면 제한 없이 사용할 수 있다. 사용 가능한 용매의 비제한적인 예로는, N-메틸피롤리디논(NMP: N-methylpyrrolidinone), N,N-디메틸아세트아미드(DMAc: N,N-dimethylacetamide), 테트라하이드로퓨란 (THF:tetrahydrofuran), N,N-디메틸포름아미드(DMF: N,N-dimethylformamide), 디메틸설폭시드(DMSO: dimethylsulfoxide), 시클로헥산(cyclohexane) 및 아세토니트릴(acetonitrile)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질을 들 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기한 폴리이미드 필름을 형성하는데 사용되는 폴리아믹산 용액(폴리이미드 전구체 용액)은 치수 안정성, 폴리이미드 필름(10)과 금속 기판, 예컨대 구리-니켈 합금층(20)과의 열팽창계수(CTE) 차이를 감소시켜 최종 제품의 휨 특성, 저팽창화, 기계적 물성, 저응력화를 효과적으로 향상시키기 위해서, 당 분야에 알려진 통상적인 무기 충전재를 더 포함할 수 있다.
사용 가능한 무기 충전재의 비제한적인 예로는, 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이, 탈크, 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유, 붕산알루미늄, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 티탄산칼슘, 티탄산마그네슘, 티탄산비스무스, 산화티탄, 지르콘산바륨, 지르콘산칼슘, 질화붕소, 질화규소, 활석(talc), 운모(mica) 등이 있다. 이러한 무기 충전재의 사용량은 특별한 제한이 없으며, 전술한 휨특성, 기계적 물성 등을 고려하여 적절히 조절할 수 있다. 이러한 무기 충전재의 평균 입경은 당 분야에 알려진 통상적인 범위 내에서 적절히 조절 가능하며, 특별히 제한되지 않는다. 일례로 0.1 내지 10 ㎛ 범위일 수 있다.
본 발명에 따른 폴리이미드(PI) 필름(10)은, 인쇄회로기판(PCB)에 적용시 레이저에 의한 홀의 가공성을 더욱 향상시키기 위해서, 레이저 에너지 흡수성 성분을 함유하여도 좋다. 레이저 에너지 흡수성 성분으로서는 카본분, 금속 화합물분, 금속분 또는 흑색 염료 등의 공지의 것을 사용할 수 있다.
상기 폴리이미드 필름(10)은 단말기나 터치패널의 내부에 장착되므로, 당 분야의 통상적인 투명 폴리이미드층이거나 또는 유색 폴리이미드층일 수 있다. 이때 유색 폴리이미드층은 착색 폴리이미드층 또는 블랙 폴리이미드층을 포함한다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 폴리이미드 필름(10)은 착색 폴리이미드층일 수 있다. 이때, 폴리이미드 필름(10)을 이루는 상기 폴리아믹산 용액은 착색제를 더 포함할 수 있다. 여기서 착색제로 사용 가능한 물질은 특별히 한정되지 않으며, 일례로 당 분야에 알려진 카본 블랙, 산화 코발트, Fe-Mn-Bi 흑색, 산화철 흑색, 운모질 산화철으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질을 들 수 있다. 상기 착색제의 종류에 따라 폴리이미드 필름이 블랙, 진회색, 흑갈색, 진갈색 등의 색깔을 가질 수 있다. 또한, 상기 착색제는 착색 폴리이미드층의 총 중량을 기준으로 2 내지 20 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
또한, 상기 폴리이미드 필름(10)은 블랙 폴리이미드층일 수 있다. 이러한 폴리이미드 필름(10)을 이루는 상기 폴리아믹산 용액은 착색제 및 무기충전제를 모두 포함할 수 있으며, 일례로 카본 블랙 및 실리카 입자를 포함할 수 있다. 여기서 상기 폴리이미드 필름(10)은 카본 블랙 3 내지 10 중량%와 실리카 입자 1 내지 10 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
한편 본 발명의 일례에 따른 연성 금속 적층판(100)에서, 연성 금속층 적층판(20a)에 구비되어 내열성 및 내구성을 제공하기 위해서, 폴리이미드 필름(10)의 유리전이온도(Tg)는 200 내지 400℃일 수 있으며, 바람직하게는 320 내지 370℃일 수 있다. 전술한 물성을 만족함으로써, 제품의 물적 안정성을 향상시킬 수 있다.
이러한 폴리이미드 필름(10)의 두께는, 필름의 취급성, 물리적 강성, 열팽창계수, 기판의 박형화, 절연성, 고밀도 배선 등을 고려하여 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 9 내지 50 ㎛ 범위일 수 있으며, 바람직하게는 12.5 내지 50 ㎛, 보다 바람직하게는 12.5 내지 25 ㎛ 범위일 수 있다. 필요에 따라, 상기 폴리이미드 필름의 표면은 매트 처리, 코로나 처리 등의 표면처리가 실시된 것일 수 있다.
구리-니켈 합금 금속층
본 발명의 연성 금속 적층판(100)에 있어서, 금속층은 종래 동박 보다 비저항이 높은 구리-니켈 합금층(20)을 사용한다.
이러한 구리-니켈 합금층(20)은 콘스탄탄(constantan) 재료로서, 적당한 저항률 및 대체로 평평한 저항/온도 곡선을 가지는 저항 합금이다. 콘스탄탄 재료는 25ppm/℃ 미만의 온도 계수, 바람직하게는 약 10ppm/℃ 이하의 온도 계수를 적절하게 제공할 수 있다. 또한 콘스탄탄 재료는 양호한 부식 내성을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 구리-니켈 합금층(20)에서 구리(Cu)와 니켈(Ni)의 합금 비는 55~60 : 40~45 중량비(%)로 구성될 수 있다. 전술한 합금 조성을 가질 경우, 종래 동박 대비 대략 30배 정도 높은 비저항값을 가지므로, 터치센서 용도로 적용시 인식률을 향상시킬 수 있다.
상기 구리-니켈 합금층(20)은 당 분야에 알려진 통상적인 건식 또는 습식에칭을 통해 각각 회로패턴부, 또는 안테나 패턴부를 형성할 수 있다. 이때 회로패턴부나 안테나 패턴부는 적용하고자 하는 용도에 따라 소정의 면적, 선폭 및 형상 등이 서로 동일하거나 또는 상이하게 형성될 수 있다.
상기 구리-니켈 합금층(20)의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 최종물의 두께, 전기적 특성 및 기계적 특성을 고려하여 9 내지 105㎛ 범위일 수 있으며, 바람직하게는 9 내지 50㎛ 일 수 있다. 또한 상기 복수의 합금층(20)의 두께는 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
또한, 상기 구리-니켈 합금층(20)은 소정의 표면 조도가 형성되어 있을 수 있는데, 일례로 합금층 표면의 평균조도(Rz)는 1.0㎛ 이하, 바람직하게는 0.2 내지 0.5 ㎛일 수 있다.
본 발명에 따른 연성 금속 적층판(100)은, 구리-니켈 합금층(20)과 폴리이미드 필름(10) 사이에 형성된 접착제층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
이러한 접착제층(24)은, 물리적으로 접촉하는 구리-니켈 합금층(20)과 폴리이미드 필름(10)과의 접착을 보다 견고하게 하는 역할을 한다. 상기 접착제층은 당 업계에 알려진 통상적인 고분자 수지로 구성될 수 있다. 일례로 열경화성 수지(예, 에폭시 수지)를 포함하며, 그 외 열가소성 수지(예, NBR 러버), 경화제 및 무기 충전제로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하여 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 연성 금속 적층판(100)은 총 두께가 27 ㎛ 내지 260 ㎛일 수 있으며, 적용 제품에 따라 다양한 두께를 가질 수 있다.
상기 연성 금속 적층판(100)은, 구리-니켈 합금층 채택, 및 사용된 바인더 성분의 최적화를 통해 높은 비저항값, 우수한 접착력, 고내열성 및 기계적 특성을 발휘할 수 있다. 이러한 높은 비저항값을 통해 3D 터치 센서의 인식 기능을 개선할 수 있으며, 다른 기재와의 접착특성을 유의적으로 개선할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 연성 금속 적층판(100)에서 상기 절연성 필름(10)에 대한 구리-니켈 합금층(20)의 접착력이 0.7 kgf/cm 이상일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 구리-니켈 합금층(20)에 대한 폴리이미드 필름(10)의 접착력은 0.7 내지 2.0 kgf/cm일 수 있으며, 바람직하게는 1.0 내지 1.3 kgf/cm일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 연성 금속 적층판은 비저항이 2.0 ×10-7 Ω·m 이상일 수 있으며, 바람직하게는 4.0×10-7 Ω·m 내지 5.0×10-7 Ω·m 일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연성 금속 적층판은, 크게 하기 3가지의 실시형태를 가질 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판(100)의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 구체적으로, 절연성 필름(10); 및 상기 절연성 필름(10)의 일면에 배치된 구리-니켈 금속층(20)을 포함하는 단면(單面) 연성 금속 적층판(100)의 구조이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판(110)의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 구체적으로, 절연성 필름(10); 및 상기 절연성 필름(10)의 양면에 각각 배치된 구리-니켈 합금층(20)을 포함하는 양면(兩面) 연성 금속 적층판(110)의 구조이다.
상기 도 2에서, 구리-니켈 합금층(20)은 동일하게 표기된다 하더라도, 상기 합금층의 조성은 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 이러한 합금층(20)의 조성이 상이할 경우 양면 배치된 구리-니켈 합금층(20)의 비저항 차가 발생하게 되며, 이로 인해 연성 금속 적층판(110)의 전체 비저항을 적절히 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판(120)의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 구체적으로, 절연성 필름(10); 상기 절연성 필름(10)의 제1면에 배치된 구리(Cu)-니켈(Ni) 합금층(20); 및 상기 절연성 필름(10)의 제2면에 배치된 구리(Cu)층(30)을 포함하는 양면(兩面) 연성 금속 적층판(120)의 구조이다.
상기 도 3의 연성 금속 적층판(120)은 절연성 필름(10)을 중심으로 이의 상하면 상에 각각 이종(異種)의 금속층이 구비되어 있다. 이에 따라, 서로 다른 종류의 금속을 접속시켜 이들 간의 비저항 차이를 이용하여 접합부의 온도를 측정하는 온도센서, 예컨대 열전대(thermocouple) 용도에 적용될 수 있다. 바람직하게는 -250℃ 내지 350℃에 적용되는 T형 열전대 용도일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 도 3에서 구리-니켈 합금층(20)과 구리층(30) 간의 비저항 차는 0.1×10-7 내지 5.0×10-7 Ω·m 일 수 있으며, 바람직하게는 비저항 차가 3.0×10-7 내지 4.0×10-7 Ω·m 일 수 있다.
전술한 비저항 차를 만족시키는 이종(異種)의 금속층을 구비하는 본 발명의 연성 금속 적층판은, 이동 단말기에 실장시 해당 단말기의 온도 상태를 지속적으로 모니터링할 수 있으며, 이를 통해 단말기의 이상 상태를 미리 체크하고 이슈 발생시 제어하여 단말기의 안전성을 개선할 수 있다.
한편 본 발명에서는 전술한 3가지 실시형태를 예시적으로 설명하고 있다. 그러나, 상기 연성 금속 적층판을 구성하는 각 층의 개수와 이들의 적층 순서를 용도에 따라 자유롭게 선택하여 구성하는 것도 본 발명의 범주에 속한다. 일례로, 각 층(10, 20, 30)들의 순서를 변경하거나, 또는 당 분야의 통상적인 다른 층을 도입하여 예시된 구조 보다 다층 구조를 가질 수도 있다.
전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 연성 금속 적층판은, 당 분야에 알려진 통상적인 방법을 이용하여 정전용량 방식의 터치센서 용도, 바람직하게는 3D 터치센서에 적용될 수 있다. 이러한 연성 금속 적층판은 이동 단말기나 터치패널의 내부에 실장될 수 있다.
<연성 금속 적층판의 제조방법>
또한 본 발명은 전술한 연성 금속 적층판의 제조방법을 제공한다.
이러한 연성 금속 적층판은 당 업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 제한 없이 제조될 수 있으며, 크게 하기 2가지의 실시형태를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 연성 금속 적층판을 제조하는 첫번째 실시 형태는 열압착 라미네이션(Lamination) 공정을 이용하는 것이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판(100)의 제조공정을 개략적으로 도시한 것으로서, 일례로 도 4는 라미네이션 공정을 이용한 단면(單面) 연성 금속 적층판의 제조공정도이며, 도 5는 라미네이션 공정을 이용한 양면(兩面) 연성 금속 적층판의 제조공정도이다.
상기 양면 연성 금속 적층판을 제조하는 일 구체예를 들면, (i) 구리(Cu)-니켈(Ni) 합금으로 이루어진 2개의 금속 기판을 준비하는 단계; 및 (ii) 상기 2개의 금속 기판 사이에 절연성 필름을 개재시킨 후 라미네이션(Lamination)하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 절연성 필름은 폴리이미드 필름 또는 열가소성 폴리이미드층이 코팅된 폴리이미드 필름일 수 있다. 또한 상기 폴리이미드 필름 또는 열가소성 폴리이미드층은 각각 가경화(pre-cured) 또는 완전 경화된 상태일 수 있다. 이때 가경화 상태의 폴리이미드 필름을 사용할 경우, 이후 단면 또는 양면 연성 금속 적층판 제조시 폴리이미드 필름과 금속 기판과의 접착력을 보다 상승시킬 수 있다.
여기서, 가경화는 이미 경화과정을 거쳐 일정 수준 이상 경화된(cured) 상태, 즉 가경화(pre-cured) 상태를 의미한다. 일례로 경화도(degree of cure, D)가 약 40% 내지 80%일 수 있다. 또한 완전 경화는 경화도가 80% 이상, 바람직하게는 80~100%인 상태를 의미한다.
이어서, 2개의 구리-니켈 합금 기판 사이에 절연성 필름을 개재시킨 후 열 압착 라미네이션 공정을 실시한다.
상기 압착 공정 조건은 당 업계에 알려진 통상적인 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 열압착 Lami. 공정(롤투롤)시 조건은 50~200℃의 온도, 3~200 kgf/cm2의 압력, 및 압착속도 0.1m/min 내지 20m/min 조건 하에서 수행될 수 있다. 그러나 이에 특별히 제한되지 않는다.
여기서, 구리-니켈 합금 기판과 절연성 필름(예컨대, 폴리이미드 필름)은 각각 시트 형상일 수 있으며, 또는 롤 형상의 구리-니켈 합금 기판과 절연성 필름(예컨대, 폴리이미드 필름)이 롤투롤(roll-to-roll) 방식에 따라 연속식으로 라미네이트된 후 롤형으로 권취될 수 있다. 이러한 롤투롤(roll-to-roll) 연속 생산방식을 적용할 경우, 제조공정의 간소화, 및 수율 증가로 인한 공정비용 감소를 도모할 수 있다. 그 외에, 시트-투-시트(sheet to sheet) 합지, 롤-투-시트(roll to sheet) 합지 등을 이용할 수도 있다.
본 발명에 따른 연성 금속 적층판을 제조하는 두번째 실시 형태는 캐스팅(Casting)법을 이용하는 것이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 금속 적층판(100)의 제조공정을 개략적으로 도시한 것으로서, 일례로 도 6는 캐스팅법을 이용한 단면(單面) 연성 금속 적층판의 제조공정도이며, 도 7은 캐스팅법을 이용한 양면(兩面) 연성 금속 적층판의 제조공정도이다.
상기 양면 연성 금속 적층판을 제조하는 일 구체예를 들면, (i) 구리(Cu)-니켈(Ni) 합금으로 이루어진 제1금속 기판의 일면 상에 폴리이미드 용액을 도포한 후 건조하여 폴리이미드 코팅층을 형성하는 단계; 및 (ii) 상기 폴리이미드 코팅층이 형성된 제1금속 기판의 일면과, 구리-니켈 합금으로 이루어진 제2금속 기판을 서로 접하도록 배치한 후 접합하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 폴리이미드 용액을 구리-니켈 합금 기판 상에 도포하는 방법은 캐스팅 (Casting) 방식일 수 있으나, 이에 특별히 한정하지 않으며, 당 분야에 알려진 통상적인 코팅방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로, 딥(Dip) 코팅, 다이(Die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 슬롯다이, 콤마(comma) 코팅 또는 이들의 혼합 방식 등 다양한 방식을 이용할 수 있다. 상기 건조공정은 당 분야에 알려진 통상적인 조건 내에서 적절히 실시할 수 있으며, 일례로, 100 내지 200℃에서 수행될 수 있다.
이후, 경화 공정은 당 분야에 알려진 통상적인 범위 내에서 적절히 실시할 수 있으며, 300 내지 400℃의 온도 조건 하에서 수행될 수 있다. 일례로, 전술한 온도 조건의 가열 롤을 구비하는 라미네이션 공정을 통해 제조될 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명하나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명의 한 형태를 예시하는 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 범위가 하기 실시예 및 실험예에 제한되는 것은 아니다.
[ 실시예 1]
1-1. 폴리아믹산 용액 (폴리이미드 전구체 용액)의 제조
온도계, 교반기 및 질소흡입구와 분말 투입구(Powder dispensing funnel)를 설치한 4구 반응용기에 220g의 N,N`-다이메틸아세타마이드(DMAc)와 10.78g(0.034mol)의 2,2'-비스 (트리플루오로메틸)벤지딘 (TFMB)과 17.46g(0.034mol)의 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시 페닐)]헥사플루오로프로페인(HFBAPP)을 가하고 50℃에서 교반하여 완전히 용해시켰다. 이 용액에 23.94g(0.054mol)의 2,2'-비스-(3,4-디카르복시페닐)헥사플루오로프로판 디안하이드라이드(6FDA)와 2.94g(0.013mol)의 피로멜리틱 디안하이드라이드(PMDA)를 서서히 가하고 10시간 교반하면서 중합하여 폴리아믹산 용액 A를 얻었다.
1-2. 폴리이미드 필름의 제조
폴리이미드 필름(두께 12 ㎛)의 양면 상에 상기 1-1의 폴리아믹산 용액을 각각 코팅한 후, 건조 후의 두께가 20㎛ 가 되도록 폴리이미드층을 형성하였다.
1-3. 단면 연성 금속 적층판의 제조
상기 폴리이미드층이 형성된 폴리이미드 필름과 구리-니켈 합금 기판(두께: 12 ㎛)을 라미네이터를 이용하여 350℃에서 접합시켜 단면 연성 금속 적층판을 제조하였다.
1-4. 양면 연성 금속 적층판의 제조
상기 1-2의 폴리이미드 필름을 두 장의 구리-니켈 합금 기판 사이에 배치한 후 라미네이터를 이용하여 350℃에서 접합시켜 양면 연성 금속 적층판을 제조하였다.
[ 비교예 1]
구리-니켈 합금 기판 대신 같은 두께의 동박을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 실시하여 비교예 1의 양면 연성 동박 적층판을 제조하였다.
[ 실험예 1]
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 연성 금속 적층판의 특성을 하기 측정방법에 따라 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
1) 박리강도
JIS C6471에 준거하여, 25℃의 조건하에서 상기 연성 동박 적층판(FCCL)의 폴리이미드(PI)층의 면에 대하여 90도 방향으로 50 mm/분의 속도로 박리하는 데 소요되는 힘의 최저값을 측정하고, 박리 강도로서 나타내었다.
2) 내열성 평가:
JIS C6471에 준거하여, 시험편을 제조하고, 그 시험편을 288℃의 땜납욕 상에 부유시켰다. 이후 표면상에 블리스터(blister)가 발생할 때까지의 시간을 측정하였다.
3) 저항(resistance) 평가
연성 금속 적층판의 표면 저항에 대해서는, JIS-K7194:1994에 기초한 4단자법에 의해 히오키 전기 주식회사의 저항계 RM3544를 사용하여 측정했다.
4) 외관 평가
하기 4가지 평가기준을 만족하는 것을 양호로 판단하였음
- 요철, 홈, 박리, 휨, 굴곡, Thin Spot, Color Spot, 찢어짐 등의 사용상 유해한 결점이 없을 것
- 동박, PI 면에 산화, 찍힘, Bad Edge, 주름, 접힘, 줄무늬, 균열 등이 없을 것
- 이물질 기포: 0.15 ㎛ 이하의 전기 전도성을 갖지 않는 범위 내에서 허용됨
- 보이드(Void) 및 기타 결점이 없을 것
Figure 112017127858632-pat00001
실험 결과, 구리-니켈 합금층이 구비되는 본 발명의 연성 금속 적층판은, 비교예 1의 연성 동박 적층판에 비해 높은 저항값을 가질 뿐만 아니라 우수한 접착력 및 내열성을 갖는다는 것을 알 수 있었다.
100, 110, 120: 연성 금속 적층판
10: 절연성 필름
20: 구리-니켈 합금층
30: 구리층

Claims (17)

  1. 절연성 필름; 및
    상기 절연성 필름의 일면 또는 양면 상에 배치된 구리-니켈 합금층을 포함하며,
    상기 구리-니켈 합금층에서 구리와 니켈의 합금 비는 55~60 : 45~40 중량비이고,
    비저항이 2.0 × 10-7 Ω·m 이상인 것을 특징으로 하는 연성 금속 적층판.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 합금층의 표면 조도(Rz)는 1.0 ㎛ 이하인 연성 금속 적층판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 합금층의 두께는 9 내지 105 ㎛인 연성 금속 적층판.
  5. 제1항에 있어서,
    절연성 필름은 폴리이미드(polyimide) 필름, 또는 열가소성 폴리이미드층이 코팅된 폴리이미드 필름인 연성 금속 적층판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 폴리이미드 필름 또는 폴리이미드층은 각각, 착색제 및 무기충전제 중 적어도 하나를 더 포함하는 연성 금속 적층판.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 폴리이미드는 투명 폴리이미드, 착색 폴리이미드, 또는 블랙 폴리이미드인, 연성 금속 적층판.
  8. 제1항에 있어서,
    절연성 필름의 두께는 9 내지 50 ㎛인 연성 금속 적층판.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 구리-니켈 합금층에 대한 절연성 필름층의 박리강도(Peel stregth) 값이 0.7 kgf/cm 이상인 것을 특징으로 하는 연성 금속 적층판.
  10. 제1항에 있어서,
    정전용량 방식의 터치 센서용인 것을 특징으로 하는 연성 금속 적층판.
  11. 구리(Cu)-니켈(Ni) 합금으로 이루어진 2개의 금속 기판을 준비하는 단계; 및
    상기 2개의 금속 기판 사이에 절연성 필름을 개재시킨 후 라미네이션하는 단계를 포함하는 제1항의 연성 금속 적층판의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 절연성 필름은, 폴리이미드 필름 또는 열가소성 폴리이미드층이 코팅된 폴리이미드 필름인 연성 금속 적층판의 제조방법.
  13. 구리(Cu)-니켈(Ni) 합금으로 이루어진 제1금속 기판의 일면 상에 폴리이미드 용액을 도포한 후 건조하여 폴리이미드 코팅층을 형성하는 단계; 및
    상기 폴리이미드 코팅층이 형성된 제1금속 기판의 일면과, 구리-니켈 합금으로 이루어진 제2금속 기판을 서로 접하도록 배치한 후 접합하는 단계를 포함하는 제1항의 연성 금속 적층판의 제조방법.
  14. 절연성 필름;
    상기 절연성 필름의 제1면에 배치된 구리(Cu)-니켈(Ni) 합금층; 및
    상기 절연성 필름의 제2면에 배치된 구리(Cu)층을 포함하며,
    상기 구리-니켈 합금층에서 구리와 니켈의 합금 비는 55~60 : 45~40 중량비이며,
    상기 합금층과 구리층 간의 비저항 차가 0.1×10-7 내지 5.0×10-7 Ω·m인, 연성 금속 적층판.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제14항에 있어서,
    T형 열전대용인 것을 특징으로 하는 연성 금속 적층판.
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