KR102080088B1 - 전자파의 차폐 및 흡수 기능이 우수한 복합 자성체 차폐시트 - Google Patents

Abstract

인체에 해로운 영향이나 타 전자장비의 오작동을 일으킬 수 있는 전자파를 차폐 및 흡수할 수 있으며, 전자기기에서 발생된 열을 신속히 배출할 수 있는 복합 자성체 차폐시트가 개시된다. 이를 위하여 열처리된 판상조직의 비정질 합금 분말이나 판상조직으로 나노결정화된 합금 분말 또는 이들 모두를 포함하는 판상조직의 합금 분말 및 바인더수지가 포함된 자성체시트와, 상기 자성체시트의 표면에 구비되는 전도성 접착수단, 및 상기 접착수단을 통해 상기 자성체시트의 표면에 부착되는 연자성체 합금박대를 포함하는 복합 자성체 차폐시트를 제공한다. 본 발명에 의하면 100kHz∼10GHz의 주파수 대역에 있어서 85dB 이상의 차폐율을 제공하고, 100MHz∼10GHz의 주파수 대역에서 50% 이상의 흡수율을 제공하며, 열전도도가 수평방향으로 30W/m·K이상인 열전도도를 제공할 수 있다.

Description

전자파의 차폐 및 흡수 기능이 우수한 복합 자성체 차폐시트{SHEET OF COMPLEX ELECTROMAGNETIC SHIELDING WAVE HAVING EXCELLENT SHIELDING AND ABSORPTION OF ELECTROMAGNETIC WAVES}

본 발명은 전자파의 차폐 및 흡수의 기능을 갖는 복합 자성체 차폐시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인체에 해로운 영향이나 타 전자장비의 오작동을 일으킬 수 있는 전자파를 차폐 및 흡수할 수 있으며, 전자기기에서 발생된 열을 신속히 배출할 수 있는 복합 자성체 차폐시트에 관한 것이다.

전자파는 전기제품이나 전자제품에 의해 발생하는 전기장과 자기장을 포함한 전기ㅇ 자기적 파장을 의미한다. 이러한 전자파는 전기전자기기의 오작동을 초래할 수 있는데 이는 최근 전기전자기기가 소형, 경량, 박형화로 인하여 고밀도, 고집적의 회로부품 등이 실장됨으로써 이러한 회로부품들 사이에 있어서 전파의 교란이 발생하기 때문이다.

또한, 전자파는 전기전자부품의 오작동뿐만 아니라 인체에도 많은 영향을 미치는데 전자파는 인체에 도달 시 전신 또는 부분적으로 체온을 상승시키거나 체내에 유도된 전류에 의해 신경계를 자극할 수 있다.

이러한 전자제품 또는 인체에 해로운 영향을 미치는 전자파를 차단하기 위한 방법으로 전자기기내 실장되는 전자부품의 표면에 전자파 차폐용 코팅층을 형성하고 있다.

구체적으로 스마트 자동차, 전기 자동차, 휴대폰, 노트북, 아이패드 등의 전장부품의 소형화, 고성능화, 고집적화, 고주파화, 광대역화 등으로 인하여 전자파 장애(Electro-Magnetic Interference: EMI) 및 전자파 적합성 (Electro-Magnetic Compatibility: EMC) 차폐 기능을 갖는 전자파 차폐재료들의 개발이 요구되고 있다. 특히 선진 외국 경쟁업체들의 국내시장 진입이 더욱 가속화되고 있고, 이에 대한 국내시장 및 기술경쟁력 확보를 위한 재료의 국산화, 대체 제품의 개발 등이 절실하게 요구된다.

이러한 상황에 따라 대한민국 등록특허 제10-1803828호(발명의 명칭 : 휨성을 갖는 전자파 차폐시트 및 이의 제조방법)가 발명되었지만, 이는 전도체인 알루미늄(Al)과 흡수체인 센더스트(Sendust)를 복합으로 제조한 0.3㎜ 이하 두께를 갖는 제품으로, 차폐능은 80dB 이상으로 매우 우수하지만, 실효 투자율이 20MHz대역 이상에서 급격히 떨어지는 단점을 가지고 있었다.

또한, 최근에는 자성체시트를 전자파의 차폐시트로 사용하는 기술이 연구되고 있으나, 고주파수 대역에서 차폐율과 흡수율이 떨어지는 단점을 가지고 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1803828호(2017.12.04 공고) 대한민국 공개특허 제10-2018-0129721호(2018.12.05 공개) 대한민국 공개특허 제10-2007-0010428호(2007.01.24 공개) 대한민국 공개특허 제10-2013-0096560호(2013.08.30 공개)

따라서, 본 발명의 목적은 시트 내부에 흡수능을 지닌 판상조직 형태의 미립의 비정질 및 나노결정 금속합금 플레이크를 구비하여 얇은 두께하서도 전자파를 효과적으로 흡수 및 차폐할 수 있으며, 비자성체 전도성 금속박대(金屬薄帶) 대신에 연자성체 합금박대(合金薄帶)를 구비하여 흡수율을 개선시킬 수 있는 복합 자성체 차폐시트를 제공하는데 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 열처리된 판상조직의 비정질 합금 분말이나 판상조직으로 나노결정화된 합금 분말 또는 이들 모두를 포함하는 판상조직의 합금 분말 및 바인더수지가 포함된 자성체시트와, 상기 자성체시트의 표면에 구비되는 전도성 접착수단, 및 상기 접착수단을 통해 상기 자성체시트의 표면에 부착되는 연자성체 합금박대를 포함하는 복합 자성체 차폐시트를 제공한다.

본 발명에 의한 복합 자성체 차폐시트는 100kHz∼10GHz의 주파수 대역에 있어서 85dB 이상의 차폐율을 제공하고, 100MHz∼10GHz의 주파수 대역에서 50% 이상의 흡수율을 제공하며, 열전도도가 수평방향으로 20W/m·K이상인 열전도도를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 복합 자성체 차폐시트는 0.4㎜ 이하의 얇은 두께에서도 전자파를 효과적으로 흡수 및 차폐시킬 수 있으므로, 전자파 발생이 많은 전기제어 박스 외관, 휴대폰, 스마트 자동차의 전장부품 등 다양한 상품에 적용될 수 있다.

아울러, 본 발명에 의한 복합 자성체 차폐시트는 비정질 및 나노결정 금속 합금 플레이크가 포함된 자성체시트가 단독으로 사용되는 경우, 고주파수 대역에서 전자파에 대한 낮은 차폐율과 흡수율이 나타나는 문제를 해소할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 복합 자성체 차폐시트의 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 복합 자성체 차폐시트의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3 및 도 4는 실시예 1에 사용된 비정질 합금 분말의 미세조직을 나타내는 SEM사진이다.
도 5는 실시예 및 비교예를 통해 제조된 복합 자성체 차폐시트에 대한 차폐율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예 및 비교예를 통해 제조된 복합 자성체 차폐시트에 대한 흡수율을 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 의한 전자파의 차폐 및 흡수 기능이 우수한 복합 자성체 차폐시트(이하, '복합 자성체 차폐시트'라고 약칭함)를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 복합 자성체 차폐시트의 구성을 설명하기 위한 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 복합 자성체 차폐시트는 흡수능을 지닌 판상조직 형태의 비정질 및 나노결정 금속합금 플레이크가 구비된 자성체시트(10)와, 상기 자성체시트(10)의 표면에 구비되는 전도성 접착수단(20), 및 상기 접착제에 의해 부착되는 연자성체 합금박대(30)를 포함한다. 이때, 복합 자성체 차폐시트는 전자파 발생이 많은 전기제어 박스 외관, 휴대폰, 스마트 자동차의 전장부품 등 다양한 상품에 적용하면서 충분한 전자파의 차폐 및 흡수 기능을 제공할 수 있도록 0.4㎜ 이하, 바람직하게는 0.15㎜ 내지 0.4㎜의 두께로 형성되는 것이 좋다.

이하, 도면을 참조하여 각 구성요소별로 보다 구체적으로 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 복합 자성체 차폐시트는 자성체시트(10)를 포함한다.

상기 자성체시트(10)는 내부에 판상조직 갖는 합금 분말이 포함된 시트로, 바인더수지를 더 포함하여 구성된다. 이때, 판상조직을 갖는 합금 분말은 열처리된 판상조직의 비정질 합금 분말이거나, 열처리되어 판상조직으로 나노결정화된 합금 분말, 또는 이들 모두가 포함된다.

구체적으로, 상기 자성체시트(10)는 판상조직을 갖는 합금 분말 100 중량부 및 바인더수지 6 내지 10 중량부를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 바인더수지의 함량이 6 중량부 미만이면 바인더수지 결합력이 약해지며, 바인더수지의 함량이 10 중량부를 초과하면 바인더수지 함량의 과다로 자성체시트(10)의 차폐율 및 흡수율이 떨어지는 문제가 발생된다.

상기 열처리된 판상조직의 비정질 합금 분말과 열처리되어 판상조직으로 나노결정화된 합금 분말은 모두 비정질 합금 분말을 열처리하여 생성된 것으로, 내부조직이 나노결정화의 소성이 가능한 비정질 합금은 판상조직으로 나노결정화된 합금 분말이 되고, 내부조직이 나노결정화가 되지 않는 비정질 합금은 열처리된 판상조직의 비정질 합금 분말이 된다. 이때, 상기 열처리는 합금 분말의 밀링 시에 발생되는 분말 내부의 응력을 제거하고, 연자기 특성을 향상시키기 위해 진행된다.

상기 자성체시트(10)는 0.1㎜ 내지 0.3㎜의 두께를 갖도록 형성된다. 이때, 자성체시트(10)가 0.1㎜ 이하의 두께로 형성되면 충분한 전자파 흡수능을 제공하기 어려워지며, 자성체시트(10)가 0.3㎜를 초과한 두께로 형성되면 복합 자성체 차폐시트의 휨성이 저하되어 부분적으로 파손이 발생될 수 있다.

상기 자성체시트(10)는 3.5 내지 4.5 g/cm² 의 밀도를 갖도록 형성된다. 이때, 자성체시트(10)의 밀도가 3.5 g/cm² 미만으로 형성되면 10MHz의 주파수 대역에서 실효투자율이 85 이하로 낮아지며, 밀도가 4.5 g/cm²를 초과하도록 형성되면 열간성형의 작업성이 떨어지는 문제가 있다.

상기 판상조직의 비정질 합금 분말은 종횡비(aspect ratio)가 5 내지 50이며, 평균 두께가 0.5㎛ 내지 15㎛인 것이 바람직하다. 이는, 종횡비가 5 이하인 경우에 충진 밀도가 낮아지며, 종횡비가 50을 초과할 경우에 생산성이 결여되기 때문이다. 그리고 평균 두께가 15㎛을 초과할 경우에는 고주파 대역에서 반자계의 영향에 의하여 실효 투자율이 떨어지며, 평균 두께가 0.5㎛ 이하인 경우에는 생산성이 결여되고 작업성이 나빠진다.

상기 판상조직을 갖는 합금 분말로는 철계나 코발트계가 포함된 비정질 연자성 합금 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 철계로는 Fe-Si-B계, Fe-Nb-B계, Fe-Si-CP계 등이 사용될 수 있으며, 코발트계로는 Co-Fe-B계 등이 사용될 수 있다.

구체적으로, 열처리된 판상조직의 비정질 합금 분말 중 FeSiBNbCu계, FeSiCPCu계, FeNbB계 등의 비정질 합금은 결정화 개시온도보다 10∼50℃ 높은 온도에서 30∼100분간 환원성 분위기하에서 열처리를 실시하여 제조한다. 이때, FeSiBNbCu계로는 Fe₇₄Si₁₃B₉Nb₃Cu_1, Fe₇₄Si₁₃B₉Nb₅ 등이 사용될 수 있고, FeSiCPCu계로는 Fe₇₈Si₃C₆B₅P₉, Fe₈₅Si₂B₅P₄Cu₁ 등이 사용될 수 있으며, FeNbB계로는 Fe₇₂B₁₄Si₁₀Nb₅ 등이 사용될 수 있다.

그리고 결정화 개시온도 이상에서 열처리되어 판상조직으로 나노결정화가 되지 않는 합금 분말인 FeSiB계나 CoFeB계 등의 비정질 합금은 결정화온도보다 20∼50℃ 낮은 온도에서 30∼100분간 환원성 분위기하에서 열처리를 실시하여 제조한다. 이때, FeSiB계로는 Fe₇₈Si₁₃B₉ 등이 사용될 수 있으며, CoFeB계로는 Co_70.Fe₅Si₁₅B₁₀ 등이 사용될 수 있다.

상기 바인더수지는 판상조직을 갖는 합금 분말의 외부를 둘러싸도록 배치되어 절연 및 바인더의 역할을 제공하는 것으로 폴리이미드, PVA, 우레탄계, SBR(styrene-butadiene rubber) 등의 열가소성 수지 용액을 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 바인더수지로는 SBR 고형분말 18 중량%와 소량의 경화제 및 가교제를 혼합된 바인더수지를 사용할 수 있다.

상기 열가소성수지는 라미네이션(lamination) 작업 시 가해지는 열에 수지가 녹아서 시트 복합화에 유용하며, 별도의 접착제를 사용하지 않고도 연자성체 합금박대(30)를 자성체시트(10)의 일측면에 부착하기 쉬워진다. 이러한 열가소성수지로는 폴리이미드계 수지와, 아크릴계 수지, 우레탄계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 복합 자성체 차폐시트는 전도성 접착수단(20)을 포함한다.

상기 전도성 접착수단(20)은 자성체시트(10)의 표면에 구비되어 연자성체 합금박대(30)가 자성체시트(10)에 부착되도록 부착력을 제공하는 것으로, 자성체시트(10)와 연자성체 합금박대(30)의 사이에 위치한다.

이러한 전도성 접착수단(20)은 자성체시트(10)와 연자성체 합금박대(30) 사이의 층간 전기전도도가 양호해지도록 작용하여 수직 및 수평간의 열전도도를 향상시킨다.

상기 전도성 접착수단(20)으로는 전도성 접착제를 사용하거나 전도성 양면테이프를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

상기 전도성 접착제로는 은전도성 에폭시가 주로 사용될 수 있고, 전도성 양면테이프로는 블랙카본과 흑연분말 등 도전성필러로 제작된 테이프가 사용될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 복합 자성체 차폐시트는 연자성체 합금박대를 포함한다.

상기 연자성체 합금박대는 자화도의 개념에서 연자성체의 성질을 이용하기 위해 자성체시트(10)의 일면에 복합화로 부착되는 것으로, 0.05㎜ 내지 0.2㎜ 두께로 형성되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지는 않는다. 이때, 연자성 물질인 합금박대는 외부 자계에 의해 자화되어 전자파를 효율적으로 흡수할 수 있기 때문에 고주파대역까지 전자파의 흡수율이 좋아진다.

한편 연자성체 합금박대 대신 전도성이 우수한 비자성체의 금속박대를 사용하면 전자파의 반사가 이루어지더라도 차폐재 내부에서 흡수가 거의 일어나지 않는 단점이 발생된다.

상기 연자성체 합금박대로서는 철계나 코발트계가 포함된 비정질 또는 결정질합금박대를 사용할 수 있다. 구체적으로, 연자성체 비정질 합금박대로는 Fe-Si-B계, Fe-Si-B-Nb-Cu계, Co-Fe-B계, Fe-Nb-B계 등이 사용될 수 있으며, 연자성체 결정질 합금박대로는 Fe-Si계, Fe-Ni계, Fe-Ni-Mo계 등이 사용될 수 있다.

한편, 금속박대로 전도성 물질인 구리(Cu)나 알루미늄(Al)을 자성체시트(10)에 접착시키면 80dB 이상의 차폐율을 나타낼 수 있지만 전자파의 흡수 및 제거가 거의 일어나지 않기 때문에 전도성 금속박대를 사용함에 의해서 전체 무게당 전자파 흡수능이 떨어지는 단점이 있다.

이와 같이, 본 발명은 연자성체 합금박대를 사용하여 비자성체 금속박대를 사용하는 경우에 비해 차폐율은 동등이상으로 개선하고, 흡수율은 대폭 개선하는 효과를 제공한다.

도 2는 본 발명에 따른 복합 자성체 차폐시트의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 복합 자성체 차폐시트의 제조방법은 비정질 합금을 결정화 개시온도의 이하에서 열처리하는 1차 열처리 단계(S100)와, 열처리된 합금을 분쇄하여 판상조직을 갖는 합금 분말을 생성하는 분쇄단계(S200)와, 판상조직을 갖는 합금 분말의 내부 응력제거 및 연자기 특성 향상을 위해 열처리하는 2차 열처리 단계(S250), 2차의 열처리를 통과한 판상조직을 갖는 합금 분말이 포함된 슬러리를 생성하는 슬러리 생성단계(S300)와, 상기 슬러리로 자성체시트(10)를 생산하는 자성체시트 제조단계(S400)와, 자성체시트(10)의 일면에 전도성 접착수단(20)을 구비하는 접착수단 형성단계(S500), 및 상기 전도성 접착수단(20)에 연자성체 합금박대(30)를 부착시키는 부착단계(S600)를 포함한다.

먼저, 1차 열처리단계(S100)는 비정질 합금을 결정화 개시온도 이하의 온도로 열처리하는 단계로, 비정질상을 유지한 상태로 표면 크랙이나 과고용된 원소들의 부분적 재배치를 시켜 비정질 합금이 용이하게 분쇄 및 플레이크가 진행되도록 한다.

구체적으로, 1차 열처리단계(S100)에서는 비정질 합금을 결정화 개시온도보다 20∼150℃ 낮은 환원분위기의 온도에서 30∼100분 동안 열처리를 진행하는 것이 바람직하다.

이때, 열처리 온도가 결정화 개시온도보다 20℃가 낮은 온도 사이(즉 결정화 개시온도에서 결정화 개시온도-20℃ 구간의 온도)에서 진행되면, 일부 결정화가 일어날 우려가 있다. 그리고 열처리 온도가 결정화 개시온도를 기준으로 150℃보다 낮은 온도에 진행되면, 분말의 평균입경이 100㎛ 이하의 판상조직을 갖는 비정질 합금 분말 제조 시에 밀링시간이 10시간을 초과하게 되어 분말내부에 불순물 혼입이 증가될 수 있다. 또한, 열처리 시간이 30분 미만으로 진행되면 충분한 열처리가 되지 않고, 100분을 초과하여 진행되면 경제성이 떨어진다.

그 다음, 분쇄단계(S200)는 1차 열처리단계(S100)를 통해 열처리된 비정질 합금을 분쇄하여 평균입경이 100㎛ 이하인 판상조직을 갖는 비정질 합금 분말을 생성하는 단계로, 분쇄 과정 및 판상조직화 과정을 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 분쇄단계(S200)를 통해 생성된 판상조직의 비정질 합금 분말은 두께가 0.5㎛ 내지 15㎛이고, 평균입경이 10㎛ 내지 100㎛이며, 평균 종횡비(길이/두께)가 5∼50인 것이 바람직하다. 이때, 평균입경이 10㎛ 미만이면 밀링시간이 과다하게 소요되며, 100㎛를 초과하면 시트 제조 시에 표면조도가 불량해지는 문제가 발생될 수 있다. 그리고 평균 종횡비가 5 미만이면 판상조직을 갖는 비정질 합금 분말 분말의 비표면적이 작아서 성형밀도가 낮아지며, 50을 초과하면 판상조직을 갖는 비정질 합금 분말 분말의 평균입경이 100㎛를 초과하여 조대해져 시트의 표면조도가 불량해지는 문제가 발생될 수 있다.

본 발명에 따른 분쇄단계(S200)를 구성하는 분쇄 과정에서는 1차 열처리단계(S100)를 통해 열처리된 비정질 합금을 수작업 또는 분쇄기 등의 장비에 의하여 분쇄한다.

본 발명에 따른 분쇄단계(S200)를 구성하는 판상조직화 과정에서는 분쇄 과정을 통해 분쇄된 합금 분말을 볼 밀, 어트리션 밀(attrition mill) 등의 밀(mill)을 이용하여 미세 분쇄하고 판상조직을 갖는 합금 분말을 생성한다.

보다 구체적으로, 판상조직화 과정에서 밀(mill), 예컨대 어트리션 밀의 밀링속도는 300 내지 600rpm인 것이 바람직하다. 이때, 밀링속도가 300rpm 미만이면 충분한 분쇄가 일어나지 않으며, 600rpm를 초과하면 과도한 에너지의 적용에 의하여 기기 및 볼에서의 마모가 커지는 문제가 발생될 수 있다.

또한, 판상조직화 과정에서 밀(mill), 예컨대 어트리션 밀의 밀링시간은 3시간 내지 10시간인 것이 바람직하다. 이때, 밀링시간인 3시간 미만이면 평균입경이 100㎛이하의 분말을 제조하기가 어렵고, 10시간을 초과하면 불순물 혼입이 과다하게 커지는 문제가 발생될 수 있다.

아울러, 판상조직화 과정에서 밀(mill), 예컨대 어트리션 밀에는 메타놀, 알코올, 아세톤 등의 용매를 사용할 수 있다. 그리고 용매와 분말(비정질 합금 리본)의 무게비(용매/분말)는 0.5∼2.0인 것이 바람직하다. 이때, 용매와 분말의 무게비가 0.5 미만이면 표면이 균일한 판상조직의 비정질 합금 분말의 제조가 어려워지며, 2.0을 초과하면 비정질 합금 분말의 제조시간이 과다하게 소요되는 문제가 발생된다.

그리고 어트리션 밀을 기준으로 판상조직화 과정에 사용된 볼과 분말의 무게비(볼/분말)는 5∼10인 것이 바람직하다. 이때, 무게비가 5 미만이면 10시간 이상의 밀링시간이 소요되며, 무게비가 10을 초과하면 투입 볼량의 과다로 볼과의 직접 충돌에 의한 마모가 지나치게 커지는 문제가 발생될 수 있다.

본 발명에 따른 2차 열처리단계(S250)는 밀링처리에 따른 합금 분말 내부의 응력을 제거하고, 합금 분말의 연자기 특성을 향상시키기 위해 판상조직을 갖는 합금 분말을 열처리하는 단계이다.

보다 구체적으로, 상기 열처리 단계(S250)는 분쇄단계(S200)를 통해 생성된 미립의 비정질 합금 분말 중 Fe-Si-B-Nb-Cu계, Fe-Si-C-P-Cu계 등의 나노결정계 합금은 결정화 개시온도보다 10∼50℃ 높은 온도에서 30∼100분간 환원성 분위기하에서 열처리를 실시하고, Fe-Si-B계나 Co-Fe-B계 등의 비정질계 합금은 결정화 개시온도보다 20∼50℃ 낮은 온도에서 30∼100분간 환원성 분위기하에서 열처리를 실시한다.

이어서, 슬러리 생성단계(S300)는 열처리 단계(S250)를 통과한 판상조직을 갖는 금속 분말에 바인더수지 및 용매를 혼합한 혼합물로 슬러리 용액을 생성하는 단계이다. 이때, 상기 용매는 바인더수지와 함께 슬러리의 점도를 조절하기 위해 상기 혼합물에 첨가되는 것으로 물, 알콜류, 아세톤, 에텔 아세테이트, 노말메틸피롤리돈, 부틸셀루솔브, 메틸렌클로라이드(Methylene Chloride) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

상기 슬러리 생성단계(S300)에서는 상기 혼합물에 혼합되는 수지와 용매의 함량을 조절하여 점도가 있는 5,000 내지 10,000 cP인 슬러리 용액을 생성한다. 이때, 점도가 5,000 cP 이하면 너무 묽어서 자성체시트(10)가 성형되지 않고, 10,000 cP를 초과하면 건조과정에서 자성체시트(10)가 표면에 균열이 형성되는 문제가 발생될 수 있다.

이러한 슬러리 용액은 판상조직을 갖는 합금 분말 100 중량부를 기준으로 바인더수지 6 내지 10 중량부와 용매를 첨가하여 생성한다. 그리고 용매는 바인더 수지보다 4∼10배(무게비)의 비율로 혼합하여 생성한다. 이때, 용매를 4배 미만으로 사용하면 바인더수지 내부에서 판상조직을 갖는 합금 분말의 움직임이 제한되어 자성체시트 제조단계(S400)에서 판상조직을 갖는 합금 분말이 수평으로 배열되지 못하는 문제가 발생될 수 있다. 그리고 상기 용매가 10배를 초과하면, 자성체시트(10)의 제조 시에 건조시간이 증가되는 문제점이 발생한다.

또한, 바인더수지의 함량이 6 중량% 미만이면 바인더수지 결합력이 약해지며, 바인더수지의 함량이 10 중량%를 초과하면 바인더수지 함량의 과다로 자성체시트(10)의 차폐율 및 흡수율이 떨어지는 문제가 발생된다.

그 다음, 자성체시트 제조단계(S400)는 슬러리 생성단계(S300)를 통해 생성된 슬러리 용액으로 두께가 0.1㎜ 내지 0.3㎜인 자성체시트(10)를 생성한다.

구체적으로, 자성체시트 제조단계(S400)에서는 자성체시트(10)의 내부에서 복수개의 판상조직을 갖는 비정질 합금 분말이 수평 배열되도록 가공한 후, 슬러리 용액을 건조하여 자성체시트(10)에 존재하는 용매가 휘발되도록 한다. 그리고 건조된 슬러리를 프레스기 등의 가압장치로 가압하여 0.30㎜ 이하, 바람직하게는 0.1㎜ 내지 0.30㎜의 두께를 갖는 자성체시트(10)를 제작한다.

일 실시 양태로서, 본 발명에 따른 자성체시트 제조단계(S400)에서는 슬러리 생성단계(S300)을 통해 생성된 슬러리 용액을 이형필름위에 도포한 다음, 60∼90℃ 범위의 온도에서 건조한 후, 120∼175℃로 유지된 열압기(hot press)상에서 50∼150 kgf/cm²의 압력으로 성형하여 밀도가 3.5∼4.5 g/cm²인 자성체시트(10)를 생성한다.

이때, 성형온도가 120℃ 미만이면 바인더가 충분히 연화되지 않아 시트의 두께가 불균일해지는 문제가 발생되고, 175℃를 초과하면 바인더수지가 용해되는 문제가 발생된다. 또한 성형압력이 50 kgf/cm² 미만이면 충분한 시트의 성형밀도가 나오지 않으며, 150 kgf/cm²를 초과하면 과압에 따른 시트의 손상이 발생될 수 있다.

또한, 자성체시트 제조단계(S400)에서는 자성체시트(10)를 테이프 케스팅(tape casting) 방법을 통해 지정된 규격으로 자성체시트(10)를 절단한다. 여기서, 테이프 캐스팅 방법이란 움직이는 칼날 또는 움직이는 운반 필름위에 일정한 두께로 목적하는 바에 따라서 시트를 성형하는 방법이다.

이 후, 접착수단 형성단계(S500)는 외부로 노출되는 자성체시트(10)의 일면에 전도성 접착수단(20)을 구비하는 단계로, 전도성 접착수단(20)을 도포하거나 전도성 양면테이프를 부착한다.

마지막으로, 부착단계(S600)는 접착수단 형성단계(S500)를 통해 자성체시트(10) 상에 구비된 전도성 접착수단(20)에 연자성 합금박대(30)를 밀착시키는 단계로, 자성체시트(10)의 표면에 연자성 합금박대(30)를 부착시킨다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예 및 실험예를 통하여 보다 구체적으로 기술한다. 다만 본 실시예 및 실험예는 상술한 발명의 특정예의 이해를 돕기 위한 것으로 이에 의하여 권리범위 등이 제한적으로 해석되어서는 아니된다.

[실시예 1]

1. 두께가 10㎛이고 폭이 10cm인 비정질 합금(Fe₇₄Si₁₃B₉Nb₃Cu₁) 리본을 결정화 개시온도인 500℃보다 낮은 온도인 460℃에서 수소가스 분위기하에서 30분간 열처리한 후, 수작업으로 분쇄하여 평균입경이 1cm인 비정질 합금 분말 1㎏을 형성하였다.

2. 어트리션 밀 내의 용기에 비정질 합금 분말 1㎏과 직경이 5㎜인 볼(SUJ420J2) 10kg 및 알코올 1㎏를 투입한 후, 어트리션 밀의 회전속도를 500 rpm으로 하여 5시간 동안 동작시켜 평균두께가 1.1㎛이고 평균입경이 50㎛이고 종횡비가 45인 판상조직을 갖는 비정질 합금 플레이크 분말을 생성하였다.

3. 상기 판상조직을 갖는 비정질 합금 분말(Fe₇₄Si₁₃B₉Nb₃Cu₁)을 결정화 개시온도보다 20℃ 높은 온도인 520℃로 수소가스의 환원분위기하에서 30분간 열처리를 실시하여 나노결정화된 합금 분말을 제조하였다.

4. 열처리된 판상조직을 갖는 나노결정 합금 분말(Fe₇₄Si₁₃B₉Nb₃Cu₁) 500g과 바인더수지인 SBR 수지를 나노결정 합금 분말의 10중량부인 50g 및 용매인 톨루엔 250g을 혼합한 다음 교반하여 슬러리 용액을 제조한다.

5. 상기 슬러리 용액을 이형필름위에 균일하게 도포하여 시트를 제조한 다음, 90℃의 온도에서 충분히 건조하여 용매 성분을 휘발시켰다.

6. 상기 시트를 바인더가 연화되는 150℃의 온도에서 열압기를 통해 1분간 100kgf/cm²으로 열간성형을 하여 자성체시트를 제조하였다.

7. 상기 자성체시트의 상면에 전도성 접착제[8330-19G, MG Chemical, 캐나다]를 10㎛의 두께로 도포하였다.

8. 상기 전도성 접착제의 상부에 35㎛의 두께를 갖는 연자성체 비정질 합금박대(Fe₇₄Si₁₃B₉Nb₃Cu₁)를 부착하여 0.29㎜의 두께를 갖는 복합 자성체 차폐시트를 제조하였다.

[실시예 2]

상기 실시예 1과 동일하게 제조하되, 평균 두께가 1.1㎛이고 평균입경이 50㎛인 나노결정 합금(Fe₇₄Si₁₃B₉Nb₃Cu₁) 대신 평균 두께가 5㎛이고 평균입경이 65㎛인 나노결정 합금(Fe₇₄Si₁₃B₉Nb₃Cu₁) 플레이크 분말을 사용하고, SBR 수지 50g과 톨루엔 250g 대신 SBR 수지 37.5g(7.5중량부)과 톨우엔 187.5g을 사용하여 0.29㎜의 두께를 갖는 복합 자성체 차폐시트를 제조하였다.

[실시예 3]

상기 실시예 1과 동일하게 제조하되, 35㎛의 두께를 갖는 연자성체 합금박대(Fe₇₄Si₁₃B₉Nb₃Cu₁) 대신 35㎛의 두께를 갖는 연자성체 합금박대(Fe₇₈Si₁₃B₉)를 사용하여 복합 자성체 차폐시트를 제조하였다.

[실시예 4]

상기 실시예 1과 동일하게 제조하되, 35㎛의 두께를 갖는 연자성체 합금박대(Fe₇₄Si₁₃B₉Nb₃Cu₁) 대신 150㎛의 두께를 갖는 연자성체 합금박대(Fe-79Ni-2Mo permalloy)를 사용하여 복합 자성체 차폐시트를 제조하였다.

[비교예 1]

상기 실시예 1과 동일하게 제조하되, 전도성 접착제 및 연자성체 합금박대가 미 구비된 단일의 자성체시트로 자성체 차폐시트를 제조하였다.

[비교예 2]

상기 실시예 1과 동일하게 제조하되, 35㎛의 두께를 갖는 연자성체 합금박대(Fe₇₄Si₁₃B₉Nb₃Cu₁) 대신 35㎛의 두께를 갖는 전도성 금속박대(Cu)를 사용하여 복합 자성체 차폐시트를 제조하였다.

실험례

상기 실시예 1 내지 4와 비교예 1 및 2에 의하여 제작된 차폐시트의 평균입경, 미세조직, 차폐시트의 두께, 투자율, 차폐율, 실효투자율, 열전도도를 평가하였다. 이때, 판상조직을 갖는 비정질 및 나노결정 합금 분말의 평균입경은 입도분석기[Bettersize S2, 케이원나노, 한국]로 측정하였고, 미세조직은 HR-SEM[S-4800, Hitachi, 일본]으로 촬영하였다. 그리고 차폐시트의 두께는 버니어 캘리퍼스[500-181-30, Mitutoyo, 일본]로 측정하였고, 차폐시트의 차폐율은 네트워크 분석기[ZVA40, Rohde & Schwarz, 독일]로 측정하였고, 흡수율은 Precision Impedance Analyzer[4294A-CFG002, Agilent, 미국]로 측정하였다. 또한, 차폐시트의 실효투자율은 Impedance Analyzer[E4991A, Agilent, 미국]로 측정하였고, 열전도도는 열전도도 측정기[LFA457, NETZCH, 독일]로 측정하였으며, 그 결과를 아래 [표 1]과 도 3 내지 도 6으로 정리하였다.

도 3 및 도 4는 실시예 1에 사용된 비정질 합금 분말의 미세조직을 나타내는 SEM사진이고, 도 5는 실시예 및 비교예를 통해 제조된 차폐시트에 대한 차폐율을 나타내는 그래프이며, 도 6은 실시예 및 비교예를 통해 제조된 차폐시트에 대한 흡수율을 나타내는 그래프이다.

상기 [표 1]과 도 5 및 도 6에 의하면, 본 발명의 복합 자성체 차폐시트는 차폐율이 0.1MHz에서 10GHz 주파수 대역에서 85dB 이상이고, 100MHz에서 10GHz의 주파수 대역에서 흡수율이 50% 이상이며, 수직방향으로 열전도도 특성이 30.0W/m· K 이상으로 매우 우수함을 확인할 수 있었고, 자성체시트를 단독으로 사용하는 경우보다 차폐율, 흡수율 및 열전도도가 크게 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

이에 대한 원인으로서는 차폐시트에 입사된 전자파가 일면에 부착된 연자성체 합금박대에 의해서 일부 흡수되고, 나머지 다시 반사될 때 자성체시트 내에서 재차 흡수 및 소멸됨에 기인한 것으로 판단되었다.

그리고 [표 1]과 도 5 및 도 6에 의하면, 비교예 2로 제조된 자성체 차폐시트는 Cu로 구성된 금속박대를 부착하여 본 발명의 자성체 차폐시트와 차폐율이 대등하지만 실효투자율 및 흡수율은 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 자성체시트 20 : 전도성 접착수단
30 : 연자성체 합금박대

Claims (6)

1. 판상조직의 합금 분말 및 바인더수지가 포함된 자성체시트와, 상기 자성체시트의 표면에 구비되는 전도성 접착수단, 및 상기 접착수단을 통해 상기 자성체시트의 표면에 부착된 연자성체 합금박대를 포함하는 복합 자성체 차폐시트에 있어서,
   상기 판상조직의 합금 분말은 비정질상을 유지한 상태로 표면 크랙이나 과고용된 원소들의 부분적 재배치가 진행되도록 비정질 합금 리본을 결정화 개시온도보다 20~150℃ 낮은 온도로 열처리한 다음, 상기 비정질 합금 리본을 분쇄하여 평균입경이 100㎛ 이하인 비정질 합금 플레이크 분말을 생성한 후, 상기 비정질 합금 플레이크 분말 내부에 응력을 제거하고 자화가 용이한 방향으로 원자의 배향성을 높이기 위해 상기 비정질 합금 플레이크 분말이 Fe-Si-B계 또는 Co-Fe-B계인 경우에 결정화 개시온도보다 20~50℃의 낮은 온도에서 열처리하여 생성된 판상조직의 비정질 합금 분말이되, 평균 두께가 0.5㎛ 내지 15㎛이고, 종횡비가 5 내지 50이며,
   상기 자성체시트는 상기 판상조직의 합금 분말 100 중량부 및 바인더수지 6 내지 10 중량부를 포함하여 구성되고, 두께가 0.1 내지 0.3㎜이며, 밀도가 3.5 내지 4.5 g/cm² 이고,
   상기 연자성체 합금박대는 외부 자계에 의해 자화되어 전자파를 흡수할 수 있도록 두께가 0.05㎜ 내지 0.2㎜인 것을 특징으로 하는 복합 자성체 차폐시트.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 복합 자성체 차폐시트의 두께는 0.15㎜ 내지 0.4㎜인 것을 특징으로 하는 복합 자성체 차폐시트.
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서,
   상기 판상조직의 비정질 합금 분말이나 판상조직으로 나노결정화된 합금 분말은 철계나 코발트계가 포함된 비정질 연자성 합금 분말인 것을 특징으로 하는 복합 자성체 차폐시트.
5. 제1 항에 있어서, 상기 연자성체 합금박대는
   철계나 코발트계가 포함된 비정질 또는 결정질 합금박대인 것을 특징으로 하는 복합 자성체 차폐시트.
6. 삭제

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