KR102423123B1 - 전도성 실리콘 페이스트 및 이로부터 제조된 전자파 차폐 가스켓 - Google Patents

전도성 실리콘 페이스트 및 이로부터 제조된 전자파 차폐 가스켓 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들은 전도성 실리콘 페이스트 그리고 이로부터 제조된 전자파 차폐 가스켓에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 비표면적 500㎡/g 이하로 형성되는 구리 파우더; 상기 구리 파우더와 혼합되는 열경화성 바인더; 및 상기 구리 파우더 및 상기 열경화성 바인더와 혼합되는 톨루엔(Toluene)을 포함하는, 전도성 실리콘 페이스트, 그리고 이로부터 제조된 전자파 차폐 가스켓이 제공된다.

Description

전도성 실리콘 페이스트 및 이로부터 제조된 전자파 차폐 가스켓 {CONDUCTIVE SILICONE PASTE AND THE EMI SHIELD GASKET PREPARED THEREBY}
본 발명의 실시예는 전도성이 우수하면서 경화 저해 현상을 방지할 수 있는 전도성 실리콘 페이스트 및 이로부터 제조된 전자파 차폐 가스켓에 관한 것이다.
현재 IT 산업의 발달과 더불어 전파를 이용하여 이동의 제약 없이 신호를 송수신하는 서비스를 이용하는 무선 통신 장비가 많이 사용되고 있으며, 특히 사용자가 단말기를 통해 음성이나 영상, 데이터 등을 장소에 구애받지 않고 통신할 수 있도록 이동성을 제공하는 네트워크 기지국의 발전이 심화되고 있다.
일 예로, 1984년 1G로 상용화 시작된 이동 통신 서비스는 10년 주기로 진화하여 1990년대 2G, 2000년대 3G, 2010년대 4G를 거쳐 2020년대는 5G 상용화가 연계되고 있다. 이러한 이유로 초고속, 대용량 데이터 전송에 작동 주파수가 높아짐에 따라 통신 기기의 정상적 작동 및 전자파의 인체 유해성 논란으로 인한 불요 전자파 차폐의 필요성이 증가되고 이에 작업성이 유리한 FIPG(Form-In-Place-Gasket)인 전자파 차폐 가스켓이 많이 사용되고 있다.
특히, 5G 정식 명칭은 IMT-2020 으로 기존 4G 대비 20배 빠른 초고속, 10배 짧은 저지연, 10배 많은 초연결 무선 통신 기술로, 4G 대비 10배 감소된 지연 단축 기술로 사용자 체감 지연을 최소화하는 촉감 인터넷, 자율주행, 원격 의료 서비스 등을 제공할 수 있다. 이때, 5G의 주파수 대역은 3.5GHz 또는 28GHz로, 기존 4G에서 사용중인 주파수 대역 850MHz, 1.8GHz에 비하여 훨씬 높은 고주파 대역으로 주파수와의 간섭을 피하는 동시에 빠른 전송 속도를 위해 넓은 대역폭의 확보가 필요하여 비어있는 고주파 대역이 필요하고 직진성이 높아 빠른 속도를 낼 수 있다. 그러나, 5G는 파장이 짧아 도달거리가 짧고 회절 각도가 작아 빌딩 등을 투과하기 힘들어 실내 이용에 제약이 있기 때문에 4G에 비하여 기지국, 중계기, 스몰셀 등을 촘촘하게 구축하여야 하므로 더 많은 기지국이 필요함에 따라 전자파 차폐 소재도 함께 더욱 많이 사용되고 있는 실정이다.
한편, 1세대 피쳐폰에 적용되었던 전자파 차폐 가스켓은 수분 경화성 바인더를 포함한 전도성 실리콘 페이스트를 사용하여 제작했는데 이는 피쳐폰 소재가 열에 견디지 못하는 PP(polypropylene) 소재였기 때문이다. 그러나, 네트워크 기지국용 통신 장비의 소재는 알루미늄 합금 소재로 열에 잘 견디는 소재이므로 현재 적용되는 전자파 차폐 가스켓 소재 역시 경화 시간이 빨라 생산성이 우수한 1액형 열경화성 바인더를 포함한 전도성 실리콘 페이스트로 제작된다. 여기서, 상기 1액형 열경화성 바인더 즉 1액형 부가형 타입 실리콘은 백금 촉매를 사용해서 Si-CH=CH₂(주제)와 Si-H(경화제)를 가열하는 것을 통해 부가 반응이 일어나서 경화되는 타입으로 경화 반응은 도 1과 같다. 이때, 이런 1액형 부가형 타입 실리콘은 인, 황, 아민(amine), 은 등 유기화합물을 만나게 되면 경화 저해 현상이 일어나는 문제점이 있었다. 또한, 기존 전도성 실리콘 페이스트의 주 성분인 구리 파우더는 비표면적이 높은 덴드라이트(dendrite) 형상을 가짐으로써 은 코팅시 코팅 두께가 두꺼워지고 1액형 부가형 타입의 실리콘과 만나는 접점이 커져 경화 저해 현상이 더욱 심화되는 문제점이 있었다. 아울러, 기존 전도성 실리콘 페이스트로 제작된 전자파 차폐 가스켓은 경화 저해 현상으로 성형성 및 형태 안정성이 떨어지는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-0555438호 (2006.02.20.)
본 발명의 실시예들은 구리 파우더의 코팅되는 은의 코팅 두께를 줄일 수 있는 전도성 실리콘 페이스트 및 이로부터 제조된 전자파 차폐 가스켓을 제공하기 위한 것이다.
그리고, 본 발명의 실시예들은 전자파 차폐 성능과 함께 경화 저해 현상을 방지할 수 있는 전도성 실리콘 페이스트 및 이로부터 제조된 전자파 차폐 가스켓을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비표면적 500㎡/g 이하로 형성되는 구리 파우더; 상기 구리 파우더와 혼합되는 열경화성 바인더; 및 상기 구리 파우더 및 상기 열경화성 바인더와 혼합되는 톨루엔(Toluene)을 포함하는, 전도성 실리콘 페이스트가 제공된다.
여기서, 상기 구리 파우더는 은(Ag)으로 코팅될 수 있으며, 이때 상기 은의 은 함량은 3~10 중량%인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 전도성 실리콘 페이스트의 전체 100 중량% 대비, 상기 구리 파우더는 60 중량%, 상기 열경화성 바인더는 35 중량%, 상기 톨루엔은 5 중량%의 비율로 혼합될 수 있다.
한편, 상기 구리 파우더는, 평균 입경(D50) 기준 20~50㎛로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 열경화성 바인더는 100~150℃의 온도에서 경화될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 비표면적 500㎡/g 이하로 형성되는 구리 파우더와, 상기 구리 파우더와 혼합되는 열경화성 바인더, 및 상기 구리 파우더 및 상기 열경화성 바인더와 혼합되는 톨루엔(Toluene)을 포함하는 전도성 실리콘 페이스트로 형성되는 전자파 차폐 가스켓이 제공된다.
여기서, 상기 구리 파우더는 은 함량이 3~10 중량%인 은(Ag)으로 코팅될 수 있으며; 상기 전도성 실리콘 페이스트의 전체 100 중량% 대비, 상기 구리 파우더는 60 중량%, 상기 열경화성 바인더는 35 중량%, 상기 톨루엔은 5 중량%의 비율로 혼합될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 구리 파우더의 비표면적이 작아 코팅되는 은의 코팅 두께를 줄일 수 있어 경화 저해 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따르면, 구리 파우더에 코팅되는 은의 함량을 최적화하고 1액형 열경화성 바인더와 만나는 접점을 최소화하여 경해 저해 현상을 보다 확실하게 방지함으로써 전도성 실리콘 페이스트의 성형성을 향상할 수 있고 이로 인해 전자파 차폐 가스켓의 작업성 및 생산성을 향상할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 1액형 열경화성 바인더(실리콘)의 경화 반응을 개략적으로 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 실리콘 페이스트의 구리 파우더에 코팅되는 은의 은 함량에 따른 코팅 두께를 설명하기 위한 도면
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 개시되는 실시예들은 이에 제한되지 않는다.
실시예들을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 개시되는 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 개시되는 실시예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 실리콘 페이스트는, 은(Ag)으로 코팅되는 구리 파우더와, 상기 구리 파우더와 혼합되는 열경화성 바인더와, 상기 구리 파우더 및 상기 열경화성 바인더와 혼합되는 톨루엔(Tolunene)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 구리 파우더는 하기 표 1에서와 같이 비표면적 500㎡/g 이하로 형성될 수 있으며, 평균 입경(D50) 기준 20~50㎛로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 구리 파우더에 코팅되는 상기 은의 은 함량은 3~10 중량%인 것이 바람직하다. 또한, 상기 열경화성 바인더는 100~150℃의 온도에서 경화될 수 있다.
물성 이레귤러(irregular) 형상의 구리 파운드


형상 SEM 사진
Figure 112021071837081-pat00001
사이즈 (D50 기준) 30㎛
비표면적 500㎡/g
은 코팅 함량 3 ~ 5 중량%
상기 표 1에서와 같이, 본 발명에 따른 구리 파운드는 비표면적인 작은 이레귤러(irregular) 형상의 구리 파운드로 은의 코팅 두께를 줄일 수 있고 상기 열경화성 바인더로서 1액형 부가형 타입의 실리콘을 사용할 경우 상호 접점 면적을 줄여 경화 저해 현상을 방지할 수 있다.
한편, 본 실시예의 전도성 실리콘 페이스트는 전체 100 중량% 대비, 상기 은 코팅 구리 파운드는 60 중량%, 상기 열경화성 바인더는 35 중량%, 상기 톨루엔은 5 중량%의 비율로 혼합될 수 있다.
이하, 본 실시예의 전도성 실리콘 페이스트의 다양한 제조예를 기존 전도성 실리콘 페이스트의 비교예와 대비하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
비교예
기존 전도성 실리콘 페이스트로서 은 함량이 18 중량%인 은으로 코팅된 덴드라이트 형상의 구리 파운드 60 중량%, 열경화성 바인더 즉 1액형 부가형 타입의 실리콘 35 중량%, 톨루엔 5 중량%를 플라네터리(Planertary) 믹서를 이용 30분간 혼합하여 준비하였다.
제조예 1
본 실시예의 전도성 실리콘 페이스트의 조성물의 일 예로서, 은 함량이 10 중량%인 은으로 코팅된 이레귤러 형상의 구리 파운드 60 중량%, 열경화성 바인더 즉 1액형 부가형 타입의 실리콘 35 중량%, 톨루엔 5 중량%를 플라네터리(Planertary) 믹서를 이용 30분간 혼합하여 준비하였다.
제조예 2
본 실시예의 전도성 실리콘 페이스트의 조성물의 일 예로서, 은 함량이 5 중량%인 은으로 코팅된 이레귤러 형상의 구리 파운드 60 중량%, 열경화성 바인더 즉 1액형 부가형 타입의 실리콘 35 중량%, 톨루엔 5 중량%를 플라네터리(Planertary) 믹서를 이용 30분간 혼합하여 준비하였다.
제조예 3
본 실시예의 전도성 실리콘 페이스트의 조성물의 일 예로서, 은 함량이 3 중량%인 은으로 코팅된 이레귤러 형상의 구리 파운드 60 중량%, 열경화성 바인더 즉 1액형 부가형 타입의 실리콘 35 중량%, 톨루엔 5 중량%를 플라네터리(Planertary) 믹서를 이용 30분간 혼합하여 준비하였다.
제조예 4
본 실시예의 전도성 실리콘 페이스트의 조성물의 일 예로서, 은 함량이 1 중량%인 은으로 코팅된 이레귤러 형상의 구리 파운드 60 중량%, 열경화성 바인더 즉 1액형 부가형 타입의 실리콘 35 중량%, 톨루엔 5 중량%를 플라네터리(Planertary) 믹서를 이용 30분간 혼합하여 준비하였다.
즉, 상기 비교예부터 제조예 4까지의 조성 비율은 하기 표 2와 같다.
은 코팅 구리 파운드 열경화성 바인더 톨루엔 합계
비교예 60 (은 함량 18 중량%, 덴드라이트) 35 5 100
제조예 1 60 (은 함량 10 중량%, 이레귤러) 35 5 100
제조예 2 60 (은 함량 5 중량%, 이레귤러) 35 5 100
제조예 3 60 (은 함량 3 중량%, 이레귤러) 35 5 100
제조예 4 60 (은 함량 1 중량%, 이레귤러) 35 5 100
시험예
상기 표 2와 같이 비교예부터 제조예 4까지의 전도성 실리콘 페이스트를 사용하여 디스펜싱 길이 100mm, 선폭 0.6mm로 성형한 후 150℃의 온도로 열경화 과정을 30분간 진행하여 시편들을 제조하고, 이 제조된 시편들의 신뢰성 시험(고온 고습 평가: 85℃@85%, 120시간)한 후 선저항, 통전저항, 부착력을 측정한 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 이때, 상기 선저항 및 통전저항은 저항 측정기로 100mm 길이 저항을 측정하였다. 또한, 상기 부착력은 푸시 & 풀(PUSH & PULL) 게이지를 이용하여 측정하였다. 아울러, 경화 유무도 함께 검사하였다.
고온고습
(85℃@85%, 120hr)		 신뢰성 시험 전 신뢰성 시험 후
선저항(Ω) 통전저항(Ω) 부착력(g·f) 선저항(Ω) 통전저항(Ω) 부착력(g·f)
비교예 미경화
(측정불가)		 미경화
(측정불가)		 미경화
(측정불가)		 미경화
(측정불가)		 미경화
(측정불가)		 미경화
(측정불가)
제조예 1 7 0.2 894 10 0.4 883
제조예 2 8 0.3 881 11 0.3 871
제조예 3 8 0.2 851 10 0.3 864
제조예 4 10 0.3 764 50 15.0 769
상기 표 3을 참조하면, 기존 은 함량 18 중량%인 은으로 코팅된 덴드라이트 형상의 구리 파우더를 포함하는 비교예의 전도성 실리콘 페이스트는 신뢰성 시험 전 후 미경화 현상이 발생하여 모든 물성 측정이 불가하였다. 반면, 제조예 1~3에서와 같이 본 실시예의 은 함량 3~10 중량%인 은으로 코팅된 이레귤러 형상의 구리 파운드를 포함하는 전도성 실리콘 페이스트는 완전 경화되어 신뢰성 시험 전에도 저항 및 부착력에서 좋은 특성을 가지며 신뢰성 시험 후에도 우수한 물성을 가지는 것을 알 수 있다. 이때, 은 함량 1 중량%인 은으로 코팅된 이레귤러 형상의 구리 파운드를 포함하는 전도성 실리콘 페이스트(제조예 4)는 완전 경화는 되었으나 신뢰성 시험 후 저항이 급격히 상승하는 문제점이 있다. 결국, 본 실시예의 전도성 실리콘 페이스트의 구리 파운드는 은 함량이 3 중량% 이상인 은으로 코팅되는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 또한, 도 2에서와 같이, 은 함량이 3~10 중량%인 은으로 코팅되는 구리 파운드는 코팅 함량에 따라 FIB(Focused Ion Beam) SEM(Scanning Electron Microscope) 측정 시스템으로 확인한 결과 코팅 두께만 다소 상이할 뿐 전체적인 은 코팅이 원활하게 이루어져 전도도 및 신뢰성 관련 물성이 우수한 전도성 실리콘 페이스트를 구성할 수 있다. 결국, 본 실시예의 전도성 실리콘 페이스트로 제조된 전자파 차폐 가스켓은 전자파 차폐 성능과 기재 접착력 등 우수한 전기적 물적 특성을 가지면서도 경화 저해 현상을 방지하여 성형성과 작업성 및 생산성을 향상할 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (9)

  1. 비표면적 500㎡/g 이하로 형성되는 구리 파우더;
    상기 구리 파우더와 혼합되는 열경화성 바인더; 및
    상기 구리 파우더 및 상기 열경화성 바인더와 혼합되는 톨루엔(Toluene)을 포함하며,
    상기 구리 파우더는 은(Ag)으로 코팅되고, 상기 은의 은 함량은 3 ~ 10 중량%인, 전도성 실리콘 페이스트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전도성 실리콘 페이스트의 전체 100 중량% 대비, 상기 구리 파우더는 60 중량%, 상기 열경화성 바인더는 35 중량%, 상기 톨루엔은 5 중량%의 비율로 혼합되는, 전도성 실리콘 페이스트.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 구리 파우더는, 평균 입경(D50) 기준 20~50㎛로 형성되는, 전도성 실리콘 페이스트.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 열경화성 바인더의 경화 온도는 100~150℃인, 전도성 실리콘 페이스트.
  7. 비표면적 500㎡/g 이하로 형성되는 구리 파우더와, 상기 구리 파우더와 혼합되는 열경화성 바인더, 및 상기 구리 파우더 및 상기 열경화성 바인더와 혼합되는 톨루엔(Toluene)을 포함하는 전도성 실리콘 페이스트로 형성되며,
    상기 구리 파우더는 은(Ag)으로 코팅되고, 상기 은의 은 함량은 3 ~ 10 중량%인, 전자파 차폐 가스켓.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 구리 파우더는 은 함량이 3~10 중량%인 은(Ag)으로 코팅되며;
    상기 전도성 실리콘 페이스트의 전체 100 중량% 대비, 상기 구리 파우더는 60 중량%, 상기 열경화성 바인더는 35 중량%, 상기 톨루엔은 5 중량%의 비율로 혼합되는, 전자파 차폐 가스켓.
  9. 청구항 8의 전자파 차폐 가스켓이 구비된 전자 장치.
KR1020210080841A 2021-06-22 2021-06-22 전도성 실리콘 페이스트 및 이로부터 제조된 전자파 차폐 가스켓 KR102423123B1 (ko)

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