KR102495696B1 - 전자기파 차폐 시트 및 이를 포함한 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자기파 차폐 시트 및 이를 포함한 전자 기기에 관한 것으로, 구체적으로 금속 자성 입자의 표면 일부 또는 전부에 산화층이 구비되고 육방정계 페라이트 입자를 더 포함함으로써, 전자기파 흡수성능을 향상시킨 전자기파 차폐 시트 및 이를 포함한 전자 기기에 관한 것이다.

Description

전자기파 차폐 시트 및 이를 포함한 전자 기기{ELECTROMAGNETIC WAVE SHIELDING SHEET AND ELECTRONIC DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 전자기파 차폐 시트 및 이를 포함한 전자 기기에 관한 것으로, 구체적으로 금속 자성 입자의 표면 일부 또는 전부에 산화층이 구비되고 육방정계 페라이트 입자를 더 포함함으로써, 전자기파 흡수 성능을 향상시킨 전자기파 차폐 시트 및 이를 포함한 전자 기기에 관한 것이다.
전자기적 간섭 현상(EMI, Electro-Magnetic Interference)은 전자 기기로부터 직접 방사되거나 전도되는 전계, 자계 및/또는 전자기장(전자기파)가 전자 기기의 수신 신호처리 기능에 장애를 주는 것을 말하며, 전자기파 차폐란 전도성 물질이나 연자성 물질을 이용하여 전자기파 및/또는 자계를 반사, 흡수 또는 진행방향을 변경하여 전자기적 간섭현상의 영향을 받는 회로나 기기의 장애를 방지하는 방법을 말한다.
전자기기의 회로 내 IC 칩 등에서 발생하는 전파를 차단하여 전자기적 간섭 현상을 방지하기 위하여 종래기술은 쉴드캔 등의 금속 캔을 이용하여 회로내 IC 칩을 둘러치는 방법이 흔히 쓰이고 있었다. 이러한 방법은 전자기파가 자유공간에서 금속으로 입사될 때 금속의 높은 전기전도성에 의해 표면에서 전자기파를 대부분 반사함으로 전파를 차단할 수 있었다.
도 1은 종래기술에 따른 전자기파 차폐 시트에 의하여 전자기파가 반사되는 모습을 나타낸 개략도이다. 그러나 상기 도 1과 같이, 상기 전자기파가 금속 표면에서 반사된 반사파에 의하여 회로의 다른 부분에 전자파 간섭 현상(EMI)을 발생시킬 가능성이 있으며, 상기 반사파가 쉴드캔이 없는 PCB쪽으로 투과되어 나갈 수 있으므로 전자기파를 차폐할 수 있는 완전한 방법이라고는 할 수 없었다.
도 2는 전자기파 차폐 시트의 이용분야를 나타낸 예시도이다. 도 2를 참고하면, 노트북, PC, 스마트폰 및 디스플레이 기기 등 다양한 분야에 적용되는 전자 기기에 전자 흡수체인 금속 판형 자성 분말을 포함하는 시트가 활용되었다. 상기 금속 판형 자성 분말의 재질은 Fe-Si-Al계 합금이 널리 쓰이고 있다. 상기 Fe-Si-Al계 합금은 높은 투자율로 전자기장을 차폐하기도 하고 연속적인 금속막이 아니라 고분자 바인더에 판형 금속 분말이 분산된 형태로 전자기파를 흡수하는 특성도 가지고 있었다.
그러나 상기 Fe-Si-Al계 합금인 금속 분말을 포함하는 시트의 경우 수백 Hz 내지 수 GHz 이하 범위에서 전자기파를 흡수 성능이 우수하지만 8 GHz 내지 12 GHz의 주파수를 갖는 X-band 범위 또는 그 이상의 범위에서는 전자기파를 흡수성이 급속히 저하되는 문제점이 있었다. 이는 금속 분말이 갖는 우수한 전기전도성에 의한 전파의 반사 특성에 의한 것으로, 도 1과 같이 반사된 전자파는 다른 회로에 또 다른 전자기적 간섭 현상(EMI)을 일으키는 원인이 되는 문제점이 있었다.
따라서, 단순히 전자기파를 반사하여 차폐하는 것이 아닌 전자기파를 반사하는 동시에 흡수하여 반사되는 전자기파에 의한 전자기적 간섭 현상을 최소화할 수 있는 전자기파 차폐 시트에 대한 기술개발이 시급한 실정이었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 금속 자성 입자의 표면 일부 또는 전부에 산화층이 구비되고 육방정계 페라이트 입자를 더 포함함으로써, X-band를 포함한 그 이상의 주파수 대역에서도 전자기파의 흡수 능력을 향상시킨 전자기파 차폐 시트 및 이를 포함한 전자 기기를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시상태는 적어도 표면 일부에 산화층이 구비된 금속 자성 입자; 및 고분자 바인더;를 포함하는 조성물을 포함하는 전자기파 흡수층을 포함하는 전자기파 차폐 시트를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 전자기파 차폐 시트를 포함하는 전자 기기를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전자기파 차폐 시트는 다양한 영역대의 주파수를 갖는 전자기파의 흡수 능력을 향상시킴으로써, 전자기적 간섭현상을 효과적으로 저하시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전자 기기는 전자기적 간섭현상이 감소함으로써, 전자 기기에 발생하는 장애를 최소화할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본원 명세서 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 전자기파 차폐 시트에 의하여 전자기파가 반사되는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 2는 전자기파 차폐 시트의 이용분야를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 전자기파 차폐 시트의 단면 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 전자기파 반사층을 포함하는 전자기파 차폐 시트의 단면 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 전자기파 차폐 시트에 의하여 전자기파가 반사 및 흡수되는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시상태에 따른 전자기파 차폐 시트를 포함하는 전자기파 차폐 필름의 단면 개략도이다.
도 7은 전자기파 흡수 성능을 측정하기 위한 장치를 나타낸 사진도이다.
도 8은 반사손실을 측정하는 방법을 나타낸 모식도이다.
도 9는 비교예 1의 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm 및 0.5 mm 두께에 따른 전자기파 차폐 시트의 반사손실을 나타낸 그래프이다.
도 10은 실시예 1의 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm 및 0.5 mm 두께에 따른 전자기파 차폐 시트의 반사손실을 나타낸 그래프이다.
도 11은 실시예 1, 실시예 2-1 내지 2-6 및 비교예 2 각각의 0.5 mm, 1.0 mm 및 1.5 mm 두께에 따른 전자기파 차폐 시트의 반사손실을 나타낸 그래프이다.
도 12는 실시예 1, 실시예 3-1 내지 3-6 및 비교예 3 각각의 0.5 mm, 1.0 mm 및 1.5 mm 두께에 따른 전자기파 차폐 시트의 반사손실을 나타낸 그래프이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 단위 "중량부"는 각 성분간의 중량의 비율을 의미할 수 있다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"는 "A 및 B, 또는 A 또는 B"를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, “전자기적 간섭 현상(EMI, Electro-Magnetic Interference)”은 전자 기기로부터 직접 방사되거나 전도되는 전계, 자계 및/또는 전자기장(전자기파)가 전자 기기의 수신 신호처리 기능에 장애를 주는 것을 의미할 수 있다.
본원 명세서 전체에서, “전자기파 차폐”란 전도성 물질이나 연자성 물질을 이용하여 전자기파 및/또는 자계를 반사, 흡수 또는 진행방향을 변경하여 전자기적 간섭현상 의 영향을 받는 회로나 기기의 장애를 방지하는 방법을 의미할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 전자기파 차폐 시트의 단면 개략도이다. 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시상태는 적어도 표면 일부에 산화층(101`)이 구비된 금속 자성 입자(101); 및 고분자 바인더(103);를 포함하는 조성물을 포함하는 전자기파 흡수층(110)을 포함하는 전자기파 차폐 시트(100)를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전자기파 차폐 시트는 다양한 영역대의 주파수를 갖는 전자기파의 흡수 능력을 향상시킴으로써, 전자기적 간섭현상을 효과적으로 저하시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 적어도 표면 일부에 산화층이 구비된 금속 자성 입자를 포함한다. 구체적으로 상기 산화층은 상기 금속 자성 입자 표면 중 일부분에만 구비되거나 상기 금속 자성 입자 표면 전부분에 산화층이 구비된 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 금속 자성 입자 표면에 산화층이 일부분 및/또는 전부분에 구비됨으로써, 상기 8 GHz 내지 12 GHz의 주파수를 갖는 X-band 범위 또는 그 이상의 범위에서의 전자기파 흡수 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 산화층은 상기 금속 자성 입자를 공기 중 또는 산소 중에서 가열하여 구비시킬 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 금속 성 입자를 공기 중 또는 산소 중에서 가열함으로써, 상기 구비되는 산화층의 조성비를 조절할 수 있고, 상기 산화층에 의하여 흡수되는 전자기파의 파장을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 산화층은 100 ℃ 이상 300 ℃ 이하의 온도로 가열하여 구비시킬 수 있다. 구체적으로 상기 산화층은 110 ℃ 이상 290 ℃ 이하, 120 ℃ 이상 280 ℃ 이하, 130 ℃ 이상 270 ℃ 이하, 140 ℃ 이상 260 ℃ 이하, 150 ℃ 이상 250 ℃ 이하, 160 ℃ 이상 240 ℃ 이하, 170 ℃ 이상 230 ℃ 이하, 180 ℃ 이상 220 ℃ 이하 또는 190 ℃ 이상 210 ℃ 이하의 온도로 가열하여 구비시킬 수 있다. 상술한 범위에서 상기 산화층을 형성하기 위하여 가열하는 온도를 조절함으로써, 상기 산화층의 생성속도를 조절할 수 있으며, 상기 산화층의 조성비를 변화시켜 전자기파의 흡수 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 산화층은 1 분 내지 100 분 동안 산화시켜 구비될 수 있다. 구체적으로 상기 산화층은 5 분 내지 95 분, 10 분 내지 90 분, 15 분 내지 85 분, 20 분 내지 80 분, 25 분 내지 75 분, 30 분 내지 70 분, 35 분 내지 65 분, 40 분 내지 60 분 또는 45 분 내지 55 분의 시간 동안 가열하여 산화시킴으로써 구비될 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 산화층을 구비하기 위하여 가열하는 시간을 조절함으로써 생성되는 산화층의 두께를 조절할 수 있으며, 이를 통하여 상기 8 GHz 내지 12 GHz의 주파수를 갖는 X-band 범위 또는 그 이상의 범위에서의 전자기파 흡수 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 산화층은 화학적 산화를 통하여 구비될 수 있다. 구체적으로 상기 금속 자성 입자의 표면을 산성 물질이나 염기성 물질을 이용하여 산화시켜 상기 금속 자성 입자 표면 일부분 또는 전부분에 산화층을 구비시킬 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 산화층을 화학적 산화를 통하여 형성함으로써, 상기 산화층의 조성비를 조절할 수 있으며 이를 통하여 상기 산화층에 의하여 흡수되는 전자기파의 파장을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 산화층은 상기 금속 자성 입자 표면 면적 중 0 % 초과 100 % 이하로 구비될 수 있다. 구체적으로 상기 산화층은 상기 금속 자성 입자 표면 면적 중 5 % 이상 100 % 이하, 10 % 이상 95 % 이하, 15 % 이상 90 % 이하, 20 % 이상 85 % 이하, 25 % 이상 80 % 이하, 30 % 이상 75 % 이하, 35 % 이상 70 % 이하 또는 40 % 이상 65 % 이하로 구비될 수 있다. 상술한 범위에서 상기 금속 자성 입자의 표면에 산화층이 구비되는 면적을 조절함으로써, 상기 8 GHz 내지 12 GHz의 주파수를 갖는 X-band 범위 또는 그 이상의 범위에서의 전자기파 흡수 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자기파 흡수층은 적어도 표면 일부에 산화층이 구비된 금속 자성 입자를 포함한다. 상술한 것과 같이 상기 전자기파 흡수층이 적어도 표면 일부에 산화층이 구비된 금속 자성 입자를 포함함으로써, 상기 8 GHz 내지 12 GHz의 주파수를 갖는 X-band 범위 또는 그 이상의 범위에서의 전자기파 흡수 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속 자성 입자의 형태는 구형, 타원형, 판형 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나일 수 있다. 상술한 것으로부터 상기 금속 자성 입자의 형태를 선택함으로써, 상기 조성물의 취급용이성을 향상시킬 수 있으며, 상기 고분자 바인더 내의 분산도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속 자성 입자는 Fe, Al, Si 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 금속 자성 입자는 Fe-Si-Al계 합금(제품명: 센더스트) 입자인 것일 수 있다. 상술한 것으로부터 상기 금속 자성 입자의 성분을 선택함으로써, 금속 자성 입자의 산화 정도를 조절할 수 있으며, 상기 금속 자성 입자에 의하여 3 GHz 이하 주파수를 갖는 전자기파의 흡수 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 조성물은 육방정계 페라이트 입자를 더 포함하는 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 조성물이 육방정계 페라이트 입자를 더 포함함으로써, 상기 전자기파 차폐 시트가 두꺼워지더라도 전자기파 흡수 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 육방정계 페라이트 입자는 M 형, W 형, U 형, X 형, Y 형 및 Z 형으로부터 선택된 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 복합형인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 육방정계 페라이트 입자는 Z 형 육방정계 페라이트 입자 및/또는 X-U-W 복합형 육방정계 페라이트 입자일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 M 형 육방정계 페라이트 입자는 Ba(또는 Sr)Fe12O19, W 형 육방정계 페라이트 입자는 Ba(또는 Sr)Me2Fe16O27, U 형 육방정계 페라이트 입자는 Ba(또는 Sr)4Me2Fe36O60, X 형 육방정계 페라이트 입자는 Ba(또는 Sr)2Me2Fe28O46, Y 형 육방정계 페라이트 입자는 Ba(또는 Sr)2Me2Fe12O41 및 Z 형 육방정계 페라이트 입자는 Ba(또는 Sr)3Me2Fe24O41일 수 있다. 상기 Me는 Fe, Co, Ni, Zn, Mn 등의 금속원자의 2가 양이온일 수 있다. 상술한 것으로부터 상기 육방정계 페라이트 입자를 선택함으로써, 상기 8 GHz 내지 12 GHz의 주파수를 갖는 X-band 범위 또는 그 이상의 범위에서의 전자기파 흡수 능력을 향상시킬 수 있으며, 상기 전자기파 차폐 시트가 두꺼워지더라도 전자기파 흡수 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 육방정계 페라이트 입자는 Ba, Zn, Mn, Sr, Ca, Ni, Co, Fe, O 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 육방정계 페라이트 입자는 Sr, Co, Ni, Fe 및 O 를 포함하는 육방정계 페라이트 입자이거나 Sr, Ca, Co, Fe 및 O를 포함하는 육방정계 페라이트 입자일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 육방정계 페라이트 입자는 Z 형 육방정계 페라이트 입자인 것으로 Sr3Co1.5Ni0.5Fe23O41 및/또는 X-U-W 복합형 육방정계 페라이트 입자인 것으로 Sr2.9Ca0.1Co2Fe24O41인 것일 수 있다. 상기 육방정계 페라이트 입자를 선택함으로써, 상기 8 GHz 내지 12 GHz의 주파수를 갖는 X-band 범위 또는 그 이상의 범위에서의 전자기파 흡수 능력을 향상시킬 수 있으며, 상기 전자기파 차폐 시트가 두꺼워지더라도 전자기파 흡수 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 육방정계 페라이트 입자의 함량은 상기 금속 자성 입자 100 중량부 대비 60 중량부 이상 900 중량부 이하인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 육방정계 페라이트 입자의 함량은 상기 금속 자성 입자 100 중량부 대비 100 중량부 이상 850 중량부 이하, 150 중량부 이상 800 중량부 이하, 200 중량부 이상 750 중량부 이하, 250 중량부 이상 700 중량부 이하, 300 중량부 이상 650 중량부 이하, 350 중량부 이상 600 중량부 이하, 400 중량부 이상 550 중량부 이하 또는 450 중량부 이상 500 중량부 이하일 수 있다. 상술한 범위에서 상기 육방정계 페라이트 입자의 함량을 조절함으로써, 상기 8 GHz 내지 12 GHz의 주파수를 갖는 X-band 범위 또는 그 이상의 범위에서의 전자기파 흡수 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 바인더는 에폭시계 열경화성 수지 또는 고무계 열가소성 수지인 것일 수 있다. 상기 고분자 바인더는 다른 성분과 상기 조성물에 포함되어 이후 경화되거나 건조 또는 고화됨으로써, 고분자 매트릭스를 형성하고 상기 금속 자성 입자 및/또는 상기 육방정계 페라이트 입자가 고르게 분산될 수 있도록 한다. 상기 고분자 바인더는 상술한 것에 제한되지 않으며, 고분자 수지를 형성할 수 있는 다양한 고분자 바인더이면 제한없이 이용될 수 있다. 상술한 것으로부터 상기 고분자 바인더를 선택함으로써, 상기 전자기파 차폐 시트의 물성을 조절하며, 상기 고분자 바인더가 경화되어 생성된 고분자 매트릭스 내에 상기 금속 자성 입자 및/또는 상기 육방정계 페라이트 입자의 분산성 및 상기 고분자 바인더 및 금속 자성 입자 및/또는 상기 육방정계 페라이트 입자 간의 상용성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고분자 바인더의 함량은 상기 금속 자성 입자 100 중량부 대비 10 중량부 이상 40 중량부 이하인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 고분자 바인더의 함량은 상기 금속 자성 입자 100 중량부 대비 12 중량부 이상 38 중량부 이하, 14 중량부 이상 36 중량부 이하, 16 중량부 이상 34 중량부 이하, 18 중량부 이상 32 중량부 이하, 20 중량부 이상 30 중량부 이하, 22 중량부 이상 28 중량부 이하 또는 24 중량부 이상 26 중량부 이하일 수 있다. 상술한 범위에서 상기 고분자 바인더의 함량을 조절함으로써, 상기 전자기파 흡수층의 물성 및 상기 전자기파 차폐 시트의 물성을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자기파 흡수층의 두께는 0.1 mm 이상 1.0 mm 이하인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 전자기파 흡수층의 두께는 0.2 mm 이상 0.9 mm 이하, 0.3 mm 이상 0.8 mm 이하, 0.4 mm 이상 0.7 mm 이하, 0.5 mm 이상 0.6 mm 이하인 것일 수 있다. 상술한 범위에서 상기 전자기파 흡수층의 두께를 조절함으로써, 상기 8 GHz 내지 12 GHz의 주파수를 갖는 X-band 범위 또는 그 이상의 범위에서의 전자기파 흡수 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자기파 흡수층의 일면에 전자기파 반사층이 구비된 것일 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 전자기파 반사층을 포함하는 전자기파 차폐 시트의 단면 개략도이다. 도 4를 참고하면, 구체적으로 상기 전자기파 흡수층(110)의 적어도 일면에 전자기파 반사층(130)이 구비된 것일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 전자기파 흡수층 상에 전자기파 반사층이 적층된 것일 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 전자기파 차폐 시트에 의하여 전자기파가 반사 및 흡수되는 모습을 나타낸 개략도이다. 도 5를 참고하면, 상술한 것과 같이 상기 전자기파 흡수층의 일면에 전자기파 반사층이 구비됨으로써, 상기 전자기파 흡수층을 통과하여 상기 전자기파 반사층에 의하여 반사되는 전자기파를 추가적으로 흡수할 수 있으며, 상기 전자기파 반사층에 의하여 차폐됨으로써, 전자기적 간섭현상을 추가적으로 차단할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자기파 반사층의 재질은 Cu, Al, 그래핀, 탄소나노튜브 및 Ag-나노와이어인 것일 수 있다. 상기 전자기파 반사층은 상술한 것만으로 한정되지 않으며, 전자기파를 반사시킬 수 있는 재질인 금속이면 제한없이 사용될 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 전자기파 반사층의 재질을 선택함으로써, 전자기적 간섭현상을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자기파 반사층의 두께는 1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 전자기파 반사층의 두께는 2 ㎛ 이상 9 ㎛ 이하, 3 ㎛ 이상 8 ㎛ 이하, 4 ㎛ 이상 7 ㎛ 이하 또는 5 ㎛ 이상 6 ㎛ 이하일 수 있다. 상술한 범위에서 상기 전자기파 반사층의 두께를 조절함으로써, 상기 8 GHz 내지 12 GHz의 주파수를 갖는 X-band 범위 또는 그 이상의 범위에서의 전자기파 흡수 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 전자기파 차폐 시트를 포함하는 전자 기기를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전자 지지는 전자기적 간섭현상이 감소함으로써, 전자 기기에 발생하는 장애를 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자기기는 통신분야, 검퓨터 분야, 국방 분야, 자동차 분야, 조선 분야, 항공기 분야 및 발전 분야에 적용될 수 있다. 상술한 분야에서 상기 전자 기기의 적용 분야를 선택함으로써, 상기 전자기파에 의하여 발생하는 노이즈 및 장애를 효과적으로 감소시킬 수 있어 상기 전자기기의 정확성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전자기파 차폐 시트는 상기 전자기파 흡수층에서 상기 전자기파 반사층과 접하는 면의 반대면에 수지층, 점착층 및 이형필름 순으로 구비되어 전자기파 차폐 필름으로 사용될 수 있다. 도 6은 본 발명의 일 실시상태에 따른 전자기파 차폐 시트를 포함하는 전자기파 차폐 필름의 단면 개략도이다. 도 6을 참고하면, 상술한 것과 같이 상기 수지층은 상기 전자기파 흡수층을 보호하며, 상기 점착층은 상기 전자기파 차폐 시트가 다른 구성에 부착되어 사용의 편의성을 향상시킬 수 있으며, 상기 이형필름은 상기 점착층의 점착력이 저하되는 것 및 이물지에 의하여 오염되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1
Fe-Si-Al계 합금인 금속 자성 입자(제품명: Sendust)를 대기 중에 위치한 오븐에서 100 ℃ 내지 250 ℃ 온도 범위에서 1 분 내지 60분 동안 위치시켜 상기 금속 자성 입자의 표면 중 일부분을 산화시켰다.
이후 상기 표면 일부가 산화된 금속 자성 입자를 고분자 바인더인 고형 에폭시 수지(국도화학社, YD-014)으로 혼합시켰으며, 상기 고분자 바인더인 고형 에폭시 수지를 상기 금속 자성 입자 100 중량부 대비 약 11.1 중량부로 포함시켜 기계적으로 혼합하였으며, 토로이달 형태(내경 3.03mm, 외경 7.00mm)인 몰드에 주입하여 시편을 제작하였다. 이후 상기 고분자 바인더 경화로 시편의 부피가 증가하므로 내경 3.03mm 및 외경 7.00mm인 토로이달 형태가 되도록 추가가공을 하였다.
실시예 2-1
상기 실시예 1에서 상기 금속 자성 입자만 사용한 것 대신 상기 금속 자성 입자와 Sr3Co1.5Ni0.5Fe23O41인 Z 형 육방정계 페라이트 입자를 1:9 중량비로 혼합하여 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 전자기파 차폐 시트를 제조하였다.
실시예 2-2
상기 실시예 1에서 상기 금속 자성 입자만 사용한 것 대신 상기 금속 자성 입자와 Sr3Co1.5Ni0.5Fe23O41인 Z 형 육방정계 페라이트 입자를 2:8 중량비로 혼합하여 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 전자기파 차폐 시트를 제조하였다.
실시예 2-3
상기 실시예 1에서 상기 금속 자성 입자만 사용한 것 대신 상기 금속 자성 입자와 Sr3Co1.5Ni0.5Fe23O41인 Z 형 육방정계 페라이트 입자를 3:7 중량비로 혼합하여 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 전자기파 차폐 시트를 제조하였다.
실시예 2-4
상기 실시예 1에서 상기 금속 자성 입자만 사용한 것 대신 상기 금속 자성 입자와 Sr3Co1.5Ni0.5Fe23O41인 Z 형 육방정계 페라이트 입자를 4:6 중량비로 혼합하여 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 전자기파 차폐 시트를 제조하였다.
실시예 2-5
상기 실시예 1에서 상기 금속 자성 입자만 사용한 것 대신 상기 금속 자성 입자와 Sr3Co1.5Ni0.5Fe23O41인 Z 형 육방정계 페라이트 입자를 7:3 중량비로 혼합하여 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 전자기파 차폐 시트를 제조하였다.
실시예 2-6
상기 실시예 1에서 상기 금속 자성 입자만 사용한 것 대신 상기 금속 자성 입자와 Sr3Co1.5Ni0.5Fe23O41인 Z 형 육방정계 페라이트 입자를 8:2 중량비로 혼합하여 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 전자기파 차폐 시트를 제조하였다.
실시예 3-1
상기 실시예 1에서 상기 금속 자성 입자만 사용한 것 대신 상기 금속 자성 입자와 Sr2.9Ca0.1Co2Fe24O41인 X-U-W 복합형 육방정계 페라이트 입자를 1:9 중량비로 혼합하여 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 전자기파 차폐 시트를 제조하였다.
실시예 3-2
상기 실시예 1에서 상기 금속 자성 입자만 사용한 것 대신 상기 금속 자성 입자와 Sr2.9Ca0.1Co2Fe24O41인 X-U-W 복합형 육방정계 페라이트 입자를 2:8 중량비로 혼합하여 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 전자기파 차폐 시트를 제조하였다.
실시예 3-3
상기 실시예 1에서 상기 금속 자성 입자만 사용한 것 대신 상기 금속 자성 입자와 Sr2.9Ca0.1Co2Fe24O41인 X-U-W 복합형 육방정계 페라이트 입자를 3:7 중량비로 혼합하여 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 전자기파 차폐 시트를 제조하였다.
실시예 3-4
상기 실시예 1에서 상기 금속 자성 입자만 사용한 것 대신 상기 금속 자성 입자와 Sr2.9Ca0.1Co2Fe24O41인 X-U-W 복합형 육방정계 페라이트 입자를 5:5 중량비로 혼합하여 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 전자기파 차폐 시트를 제조하였다.
실시예 3-5
상기 실시예 1에서 상기 금속 자성 입자만 사용한 것 대신 상기 금속 자성 입자와 Sr2.9Ca0.1Co2Fe24O41인 X-U-W 복합형 육방정계 페라이트 입자를 7:3 중량비로 혼합하여 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 전자기파 차폐 시트를 제조하였다.
실시예 3-6
상기 실시예 1에서 상기 금속 자성 입자만 사용한 것 대신 상기 금속 자성 입자와 Sr2.9Ca0.1Co2Fe24O41인 X-U-W 복합형 육방정계 페라이트 입자를 8:2 중량비로 혼합하여 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 전자기파 차폐 시트를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 상기 금속 자성 입자를 산화시키지 않은 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 전자기파 차폐 시트를 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1에서 상기 금속 자성 입자 대신 Sr3Co1.5Ni0.5Fe23O41인 Z 형 육방정계 페라이트 입자를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 전자기파 차폐 시트를 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1에서 상기 금속 자성 입자 대신 Sr2.9Ca0.1Co2Fe24O41인 X-U-W 복합형 육방정계 페라이트 입자를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 전자기파 차폐 시트를 제조하였다.
상기 실시예 1, 실시예 2-1 내지 2-6, 실시예 3-1 내지 3-6 및 비교예 1 내지 3의 차이점을 하기 표 1에 정리하였다.
금속 자성 입자
산화여부		 금속자성입자
함량
(중량부)		 Z 형 육방정계 페라이트 입자 함량
(중량부)		 X-U-W 복합형 육방정계 페라이트 입자 함량
(중량부)
실시예 1 O 100 - -
실시예 2-1 O 10 90 -
실시예 2-2 O 20 80 -
실시예 2-3 O 30 70 -
실시예 2-4 O 40 60 -
실시예 2-5 O 70 30 -
실시예 2-6 O 80 20 -
실시예 3-1 O 10 - 90
실시예 3-2 O 20 - 80
실시예 3-3 O 30 - 70
실시예 3-4 O 50 - 50
실시예 3-5 O 70 - 30
실시예 3-6 O 80 - 20
비교예 1 X 100 - -
비교예 2 - - 100 -
비교예 3 - - - 100
실험예(반사 손실 측정)
도 7은 전자기파 흡수 성능을 측정하기 위한 장치를 나타낸 사진도이다. 구체적으로 반사 손실을 측정하기 위하여 네트워크 분석기(Vector Network Analyzer: Keysight E5063A)와 키트(Air-line, 85050C)를 활용하였고 실시예 1, 실시예 2-1 내지 2-6, 실시예 3-1 내지 3-6 및 비교예 1 내지 3의 시트를 도넛형(Toroidal sample, 내외경: 3.03mm, 7.00mm)하여 샘플을 준비하였다.
전자기파 흡수 성능은 반사 손실 (Reflection Loss)에 대응하며, 하기의 두 가지 측정방법으로 도출하였다.
<제1 측정방법>
상기 네트워크 분석기를 이용하여 복소 유전율과 투자율을 주파수에 따라 측정하고 복소 유전율 (εr = ε' - jε″)과 복소 투자율 (μr = μ' - jμ″) 값으로부터 전자기파 흡수 특성을 나타내는 반사 손실(Reflection loss, RL)을 계산하였고 이를 주파수(f)와 10 mm이하 범위의 두께(d)에 따른 2차원 그래프로 도시하였다. 여기서 반사 손실의 계산은 전송선 이론을 바탕으로 하는 하기의 수학식 1과 수학식 2 으로부터 계산하였다.
[수학식 1]
Figure 112020127936093-pat00001
[수학식 2]
Figure 112020127936093-pat00002
상기 Zin은 재료의 입사 임피던스, 상기 Z0는 자유 공간의 임피던스, 상기 εr(복소 유전율) = ε' - jε", 상기 μr(복소 투자율) = μ' - jμ", f는 입사 전자기파의 주파수, c는 빛의 속도, d는 흡수체의 두께이다.
상기 유전율과 투자율은 두께에 무관한 함수이며, 주파수에 따라 확보한 복소 유전율과 투자율의 실수부와 허수부 값들 (ε', ε", μ', μ")과 0 mm 에서 10 mm 범위에서 d 값을 연속적으로 지정하여 상기 수학식 1에서 Zin/Z0를 얻고 이를 상기 수학식 2에 대입하여 RL spectra를 얻게 된다.
<제2 측정방법>
직접적인 측정 방법으로 하나의 정해진 두께의 샘플에 대해 Air-line 방법으로 측정하였다. 도 8은 반사손실을 측정하는 방법을 나타낸 모식도이다. 도 8을 참고하면 샘플의 한쪽은 네트워크 분석기의 port1에 연결하고 port 2쪽은 완전 반사를 가정할 수 있는 도체 (Cu)판을 붙여 S11을 측정하여 반사손실 (RL)가 얻었다.
상기 제2 측정방법으로 상기 정해진 두께의 샘플에서 얻어진 S11 = RL가 되며 같은 두께 샘플에서 상기 제1 측정방법으로 얻어진 반사 손실 그래프와 비교하여 상기 제1 측정방법의 유용성을 확인하였다.
본 실험예에서는 2-port에 Cu 판(plate)을 붙여 측정한 S11 = RL과 상기 제1 측정방법에서 측정한 복소 유전율 투자율로부터 전송선 이론에 따라 계산한 방식을 비교하였을 때 거의 일치하는 결과를 얻을 수 있었다.
상기 제1 측정방법의 장점은 유전율과 투자율은 두께의 함수가 아니므로 특정 두께의 샘플에서 복소 유전율과 투자율 그래프를 얻고, 이 결과를 이용해 임의의 흡수체 두께에 따른 반사 손실 그래프를 얻을 수 있다.
상기 전파 흡수 성능은 반사 손실의 단위인 dB로 표현하였고 큰 음의 값을 가질수록 흡수성능이 높으며 dB 값에 따른 흡수능을 하기의 표 2에 정리하였다.
dB 전파 흡수 성능(%) dB 전파 흡수 성능(%) dB 전파 흡수 성능(%) dB 전파 흡수 성능(%)
-1 20.57 -11 92.06 -21 99.21 -31 99.92
-2 36.90 -12 93.69 -22 99.37 -32 99.94
-3 49.88 -13 94.99 -23 99.50 -33 99.95
-4 60.19 -14 96.02 -24 99.60 -34 99.96
-5 68.38 -15 96.84 -25 99.68 -35 99.97
-6 74.88 -16 97.49 -26 99.75 -36 99.97
-7 80.05 -17 98.00 -27 99.80 -37 99.98
-8 84.15 -18 98.42 -28 99.84 -38 99.98
-9 87.41 -19 98.74 -29 99.87 -39 99.99
-10 9000. -20 99.00 -30 99.90 -40 99.99
도 9는 비교예 1의 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm 및 0.5 mm 두께에 따른 전자기파 차폐 시트의 반사손실을 나타낸 그래프이다. 도 10은 실시예 1의 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm 및 0.5 mm 두께에 따른 전자기파 차폐 시트의 반사손실을 나타낸 그래프이다.
상기 도 9 및 도 10을 참고하면, 산화층을 포함하지 않은 비교예 1은 3 GHz 이하의 주파수를 갖는 전자기파에 대한 전파 흡수 성능이 우수한 것을 확인할 수 있다. 그러나 상기 3 GHz 이상의 주파수를 갖는 전자기파에 대한 전파 흡수 성능이 급격히 저하되는 것을 확인하였다. 이에 비하여 산화층이 구비된 실시예 1은 상기 3 GHz 이상의 주파수를 갖는 전자기파에 대한 전파 흡수 성능이 우수하여 상기 8 GHz 내지 12 GHz의 주파수를 갖는 X-band 범위 또는 그 이상의 범위에서의 전자기파 흡수 능력이 향상된 것을 확인하였다.
도 11은 실시예 1, 실시예 2-1 내지 2-6 및 비교예 2 각각의 0.5 mm, 1.0 mm 및 1.5 mm 두께에 따른 전자기파 차폐 시트의 반사손실을 나타낸 그래프이다. 도 12는 실시예 1, 실시예 3-1 내지 3-6 및 비교예 3 각각의 0.5 mm, 1.0 mm 및 1.5 mm 두께에 따른 전자기파 차폐 시트의 반사손실을 나타낸 그래프이다.
상기 도 11 및 도 12를 참고하면, 상기 두께와 혼합비에 따라 전자기파 흡수 능력은 변화하는 것을 확인하였으며, 산화된 금속 자성 입자 및 육방정계 페라이트 입자를 혼합하여 사용하는 경우 전자기파 흡수 능력이 향상되는 것을 확인하였다. 즉, Fe-Al-Si계 합금인 금속 자성 입자만을 사용하는 실시예 1에 비하여 육방정계 페라이트 입자를 특정범위로 포함시킨 실시예 2-1 내지 2-4 및 실시예 3-1 내지 3-4는 상기 전자기파 흡수층이 두꺼운 범위에서 전자기파 흡수 능력이 급격히 향상되는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 일 실시상태에 따른 전자기파 차폐 시트는 금속 자성 입자의 표면 일부 또는 전부에 산화층이 구비되고 육방정계 페라이트 입자를 더 포함함으로써, 전자기파 흡수 성능을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 전자기파 차폐 시트
101: 금속 자성 입자
101`: 산화층
103: 고분자 바인더
110: 전자기파 흡수층
130: 전자기파 반사층
150: 수지층
170: 점착층
190: 이형필름

Claims (14)

  1. 적어도 표면 일부에 산화층이 구비된 Fe-Si-Al계 합금인 금속 자성 입자; 및 고분자 바인더;를 포함하는 조성물을 포함하는 전자기파 흡수층을 포함하는 것이며,
    상기 조성물은 육방정계 페라이트 입자를 더 포함하고,
    상기 육방정계 페라이트 입자는 M 형, W 형, U 형, X 형 및 Z 형으로부터 선택된 하나이거나 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 복합형인 것이며,
    상기 금속 자성 입자는 100 ℃ 이상 300 ℃ 이하의 온도에서 1 분 내지 100 분 동안 산화시켜 적어도 표면 일부에 산화층이 구비된 것인
    전자기파 차폐 시트.

  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 육방정계 페라이트 입자는 Ba, Zn, Mn, Sr, Ca, Ni, Co, Fe, O 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 것인
    전자기파 차폐 시트.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 육방정계 페라이트 입자의 함량은 상기 금속 자성 입자 100 중량부 대비 60 중량부 이상 900 중량부 이하인 것인
    전자기파 차폐 시트.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 고분자 바인더는 에폭시계 열경화성 수지 또는 고무계 열가소성 수지인 것인,
    전자기파 차폐 시트.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 고분자 바인더의 함량은 상기 금속 자성 입자 100 중량부 대비 10 중량부 이상 40 중량부 이하인 것인
    전자기파 차폐 시트.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자기파 흡수층의 두께는 0.1 mm 이상 1.0 mm 이하인 것인
    전자기파 차폐 시트.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자기파 흡수층의 일면에 전자기파 반사층이 구비된 것인
    전자기파 차폐 시트.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 전자기파 반사층의 재질은 Cu, Al, 그래핀, 탄소나노튜브 및 Ag-나노와이어인 것인
    전자기파 차폐 시트.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 전자기파 반사층의 두께는 1 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것인
    전자기파 차폐 시트.
  13. 삭제
  14. 청구항 1의 전자기파 차폐 시트를 포함하는 전자 기기.
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