KR102499283B1 - 나노섬유를 이용한 전자파 차폐필름의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 전자파 차폐필름 - Google Patents
나노섬유를 이용한 전자파 차폐필름의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 전자파 차폐필름 Download PDFInfo
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Abstract
개시된 내용은 최근 소형화 및 플렉서블화된 전자기기에 적용가능한 경량화 및 플렉서블화된 나노섬유를 이용한 전자파 차폐필름의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 전자파 차폐필름에 관한 것이다.
개시된 내용은 대면적 전기방사공법을 통해 나노섬유 지지체를 제조하는 단계; 및 상기 나노섬유 지지체를 무전해도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 전자파 차폐필름의 제조방법을 일 실시예로 제시한다.
개시된 내용은 대면적 전기방사공법을 통해 나노섬유 지지체를 제조하는 단계; 및 상기 나노섬유 지지체를 무전해도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 전자파 차폐필름의 제조방법을 일 실시예로 제시한다.
Description
개시된 내용은 웨어러블, 모바일 전자기기, 자동차 전장류 등의 전자파를 차폐하기 위해 이용할 수 있는 전자파 차폐필름에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 식별항목에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 식별항목에 기재된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
전기·전자 기기는 전자파를 직접 방사하거나 전도시켜 다른 기기의 전자기 수신기능에 장애를 줄 수 있다. 따라서 전자파를 차폐 혹은 억제하여 다른 기기에 영향을 주지 않도록 하는 것이 필요하다. 전자파를 차폐하거나 억제하는 방법으로는 접지(Grounding), 배치(Layout), 필터링(Filtering), 차폐(Shielding) 등이 있다. 이 중 전자파 차폐기술은 전자파의 영향을 근본적으로 막을 수 있는 것으로 여러 가지 방식이 존재한다. 먼저, 메탈캔 방식이 있다. 메탈 캔 방식은 전자파를 발생하는 기기를 덮어씌우는 방식이다. 이는 기기의 크기와 두께를 줄이는 데 한계가 있다.
위의 한계를 극복하고자 스퍼터링 방식과 스프레이 방식이 개발되었다. 스퍼터링 방식은 플라즈마를 이용하여 진공 상태에서 차폐대상이 되는 재료에 물리력을 가해 대상 표면에 박막을 고르게 증착시키는 방식을 말한다.
스퍼터링 방식을 이용한 차폐막의 일 예로, 대한민국 특허공개 제10-2016-0035534호(2016.03.31.자 공개)에는 스퍼터링을 이용한 전자파를 차단하기 위한 차폐막 형성 장치는, 챔버 바디; 및 상기 챔버 바디 내에 위치되고, 타겟 및 자기장을 발생시키는 적어도 하나의 마그넷 유닛을 포함하는 타겟 모듈을 포함하되, 상기 타겟 모듈을 스퍼터링함에 따라 피증착물의 상면과 측면들 중 적어도 하나에 차폐막이 형성될 수 있는 스퍼터링을 이용한 전자파 차단 차폐막 형성 방법 및 그 장치가 개시된다. 이러한 스퍼터링 방식은 고밀도 차폐막을 형성할 수 있으며 수율이 높다는 장점이 있다. 하지만, 스퍼터링 장비가 상대적으로 비싸고 이 기술을 이용할 경우 상단 차폐에 비해 측면 차폐가 어렵다는 문제가 존재한다.
한편, 스프레이 방식은 스프레이를 이용하여 차폐대상이 되는 재료에 차폐물질을 분사하여 대상 표면에 막을 씌우는 방식을 말한다.
스프레이 방식을 이용한 차폐층의 일예로, 대한민국 특허공개 제10-2017-0120343호(2017.10.31.자 공개)에는 전자부품을 제공하는 단계, 상기 전자부품에 전자파차폐 조성물을 스프레이 도포하되 스프레이 도포시 상기 전자부품의 하부를 가열하여 상기 비점이 낮은 유기용제의 기화를 촉진시키는 전자파차폐 조성물의 반경화 단계 및 상기 전자파차폐용 조성물을 완전히 경화시키는 단계를 포함하는 전자부품용 전자파차폐층의 형성방법을 개시한다. 이러한 스프레이 방식은 상기 스퍼터링방식에 비해 생산성이 높다는 장점이 있다. 하지만, 스퍼터링 방식에 비해 코팅 두께가 두껍고 코팅의 균일도가 불규칙하다는 문제가 있다.
개시된 발명은 차폐효율이 높고 박막화된 나노섬유를 이용한 전자파 차폐필름의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 전자파 차폐필름을 제공하고자 한다.
또한 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.
개시된 내용은 대면적 전기방사공법을 통해 나노섬유 지지체를 제조하는 제1단계; 및 상기 나노섬유 지지체를 무전해도금하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 전자파 차폐필름의 제조방법을 일 실시예로 제시한다.
개시된 내용의 특징에 따르면, 상기 제2단계는 상기 나노섬유 지지체를 세척하는 2-1단계; 세척단계 후 상기 나노섬유 지지체를 에칭하는 2-2단계; 에칭단계 후 상기 나노섬유 지지체를 활성화하는 2-3단계; 활성화단계 후 상기 나노섬유 지지체를 환원시키는 2-4단계; 환원단계 후 상기 나노섬유 지지체를 무전해금속용액에 침지하는 2-5단계; 및 무전해금속용액에 침지한 후 상기 나노섬유 지지체를 도금액에 침지하는 2-6단계;를 포함한다.
개시된 내용의 일 실시예에 따른 나노섬유를 이용한 전자파 차폐필름의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 전자파 차폐필름에 의하면, 차폐효율이 높고 박막화된 전자파 차폐필름을 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 차폐필름을 경량화 및 플렉서블화할 수 있어 최근 소형화 및 플렉서블화된 전자기기에 적용가능하며, 고강도의 차폐필름을 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 대면적 전기방사공법으로 제조된 나노섬유지지체를 이용하므로 개시된 전자파 차폐필름의 생산효율이 높다는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 개시된 일 실시예에 따른 나노섬유를 이용한 전자파 차폐필름의 제조방법에 의해 제조된 전자파 차폐필름
도 2는 개시된 일 실시예에 따른 나노섬유 지지체의 앞면을 주사전자현미경으로 측정한 사진
도 3은 개시된 일 실시예에 따른 나노섬유 지지체의 뒷면을 주사전자현미경으로 측정한 사진
도 4는 개시된 일 실시예에 따른 무전해도금 전과 후의 나노섬유 지지체의 표면을 주사전자현미경으로 측정한 사진
도 5는 개시된 일 실시예에 따른 나노섬유를 이용한 전자파 차폐필름의 전자파 차폐율을 측정한 값을 나타낸 그래프
도 2는 개시된 일 실시예에 따른 나노섬유 지지체의 앞면을 주사전자현미경으로 측정한 사진
도 3은 개시된 일 실시예에 따른 나노섬유 지지체의 뒷면을 주사전자현미경으로 측정한 사진
도 4는 개시된 일 실시예에 따른 무전해도금 전과 후의 나노섬유 지지체의 표면을 주사전자현미경으로 측정한 사진
도 5는 개시된 일 실시예에 따른 나노섬유를 이용한 전자파 차폐필름의 전자파 차폐율을 측정한 값을 나타낸 그래프
이하, 첨부된 도면을 참조하여 개시된 내용의 바람직한 실시예의 구성 및 작용효과에 대하여 살펴본다. 참고로, 이하 도면에서, 각 구성요소는 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 반영하는 것은 아니다. 또한 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하며 개별 도면에서 동일 구성에 대한 도면 부호는 생략하기로 한다.
개시된 내용의 일 실시예에 따른 나노섬유를 이용한 전자파 차폐필름의 제조방법은, 대면적 전기방사공법을 통해 나노섬유 지지체를 제조하는 제1단계와 상기 나노섬유 지지체를 무전해도금하는 제2단계를 포함한다.
제1단계는 나노섬유 지지체를 제조하는 단계이며, 개시된 전자파 차폐필름의 기본 골격이 형성되는 단계이다. 나노섬유 지지체는 대면적 전기방사공법을 통해 제조된다. 이 때, 대면적이라는 것은 폭 1.2미터에 길이 100미터 이상인 롤원단형태로 나노섬유 지지체를 제조한다는 것이다. 대면적 전기방사공법을 통하여 개시된 전자파 차폐필름의 생산효율을 높일 수 있다. 전기방사공법은 고분자 용액에 전기장을 부여하여 나노섬유를 제조하는 방법이다. 구체적으로는, 고분자 용액이 테일러 콘에 반구형 방울을 형성한 상태에서 전기장을 부여하면, 나노미터 길이의 직경을 가진 섬유가 방사되며 이를 포집하여 나노섬유 지지체를 제조한다. 따라서, 상기 나노섬유 지지체는 나노미터 길이의 직경을 가진 섬유가 포집된 얇은 막의 구조를 가진다. 상기 나노섬유 지지체는 전기방사공법을 대면적으로 실시하여 제조되기 때문에 생산효율이 높다.
나노섬유 지지체의 소재는 내열성, 열안정성, 내화학성을 가지며 가공성이 좋은 특징을 가진다. 이러한 특징을 가지는 소재인 엔지니어링 플라스틱계열을 나노섬유 지지체의 소재로 하는 것이 바람직하다. 엔지니어링 플라스틱은 금속을 대체할 수 있을만큼 강도와 탄성이 좋고 높은 온도에서도 변형이 없는 플라스틱을 말한다.
구체적으로 나노섬유 지지체의 소재로는 폴리에테르설폰(Polyehtersulfone,PES), 폴리이미드(Polyimide,PI), 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone,PEEK) 및 폴리에테르이미드(Polyehterimide,PEI) 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 상기 폴리에테르설폰(Polyehtersulfone,PES), 폴리이미드(Polyimide,PI) 및 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone,PEEK)은 무게가 가볍고, 내열성이 우수하다. 또한, 비결정성의 폴리머로 고온에서 기계적 강도가 높다. 따라서, 상기 소재로 이루어진 나노섬유 지지체를 가지는 전자파 차폐필름은 가볍고 유연하며 고강도 특성을 가질 수 있다. 나노섬유 지지체는 상기 소재 중 하나만으로 구성될 수도 있고, 하나 이상으로 구성될 수도 있다.
제2단계는 상기 나노섬유 지지체를 무전해도금하는 단계이며, 상기 나노섬유 지지체에 전자파 차폐기능을 가지도록 하는 단계이다. 제2단계는 상기 나노섬유 지지체를 세척하는 2-1단계, 세척단계 후 상기 나노섬유 지지체를 에칭하는 2-2단계, 에칭단계 후 상기 나노섬유 지지체를 활성화하는 2-3단계, 활성화단계 후 상기 나노섬유 지지체를 환원시키는 2-4단계, 환원단계 후 상기 나노섬유 지지체를 무전해금속용액에 침지하는 2-5단계, 및 무전해금속용액에 침지한 후 상기 나노섬유 지지체를 도금액에 침지하는 2-6단계를 포함한다.
2-1단계는 상기 제조된 나노섬유 지지체를 세척하는 단계이다. 본 단계에서는 상기 나노섬유 지지체를 초음파 세척장치로 10분 내지 60분동안 세척한 후 정제수에 10분 내지 30분동안 세척한다. 세척한 나노섬유 지지체는 건조가 필요할 수 있다. 상기 세척과정을 통해 나노섬유 지지체에 혼합된 불순물을 제거할 수 있다.
2-2단계는 상기 세척한 나노섬유 지지체를 에칭하는 단계이다. 에칭을 통해 나노섬유 지지체의 표면적을 넓혀 나노섬유 지지체와 도금층의 밀착력을 증가시킬 수 있다. 구체적으로, 소수성 재질의 나노섬유 지지체가 도금용액에 잘 스며들 수 있도록 친수성을 부여하는 단계이다. 2-2단계에서는 나노섬유 지지체를 에칭액에 침지시킨다. 에칭액으로는 과망간산칼륨 및 인산 혼합용액 또는 과산화수소 용액을 사용할 수 있다. 그 중 과망간산칼륨 및 인산 혼합용액을 사용할 때 나노섬유 지지체에 금속염이 부착되는 것이 극대화되므로 과망간산칼륨 및 인산 혼합용액을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 에칭액의 종류에 따라 개시된 전자파 차폐필름의 두께에 차이가 생길 수 있다.
본 단계에서는 나노섬유 지지체를 과망간산칼륨 및 인산 혼합용액 또는 과산화수소 용액에 8분 내지 12분 동안 침지시킨다. 에칭시간이 8분 미만이면 나노섬유 지지체의 표면적을 최대로 넓힐 수 없고 도금이 골고루 되지 않아 개시된 전자파 차폐필름의 두께가 두꺼워지는 문제가 있다. 상기 나노섬유 지지체를 에칭액에 8분 내지 12분 동안 침지하면 에칭이 충분히 진행되므로, 에칭시간을 12분 초과하면 시간을 낭비하는 문제가 있다.
상기 에칭액에 침지시킨 나노섬유 지지체는 필요에 따라 정제수에 10분 동안 세척할 수도 있다.
2-3단계는 상기 에칭한 상기 나노섬유 지지체를 활성화하는 단계이다. 본 단계에서는 염화주석용액에 5분 내지 8분 동안 침지한 후 니켈 스트라이크 또는 정제수에 25초 내지 35초 침지한다. 상기 염화주석용액에 나노섬유 지지체를 침지하면 나노섬유 지지체 표면의 친수성을 높여 도금이 효과적으로 진행될 수 있다.
2-4단계는 상기 활성화한 상기 나노섬유 지지체를 환원시키는 단계이다. 나노섬유 지지체를 환원시킨다는 것은 나노섬유 지지체의 표면에 금속이온을 환원시키는 것을 말한다. 이는 나노섬유 지지체의 표면이 오염되는 것을 방지하기 위함이다. 구체적으로 본 단계에서는 상기 활성화한 나노섬유 지지체를 팔라듐염 수용액에 침지시키며, 나노섬유 지지체 표면에 팔라듐(Pd)이 환원된다.
2-5단계는 상기 환원단계 후 상기 나노섬유 지지체를 무전해금속용액에 침지하는 단계이다. 본 단계를 통해 나노섬유 지지체의 표면에 씨앗층(Seed layer)을 형성할 수 있다. 상기 무전해금속용액은 도금할 금속이온을 포함하고 있으며, 개시된 발명에서는 니켈(Ni) 또는 구리(Cu) 등이 될 수 있다. 만약 나노섬유 지지체를 니켈로 도금한다면, 상기 무전해금속용액은 Ni(CH3COO)2ㆍ4H2O, NH4CH3COO- 및 NaH2PO2H2O의 혼합용액이 될 수 있다. 상기 무전해금속용액의 pH는 5.5 내지 8.5인 것이 바람직하다. 무전해금속용액의 온도는 50℃ 내지 60℃인 것이 바람직하다. 나노섬유 지지체를 무전해금속용액에 침지하는 시간은 5분 내지 10분인 것이 바람직하다. 상기 조건에서 나노섬유 지지체를 도금액에 침지하면 나노섬유 지지체에 상기 씨앗층(Seed layer)의 두께가 0.1 내지 0.2㎛가 될 수 있다.
2-6단계는 상기 무전해금속용액에 침지 후 상기 나노섬유 지지체를 도금액에 침지하는 단계이다. 본 단계를 통해 나노섬유 지지체의 표면에 도금층을 형성할 수 있다. 상기 도금액은 도금할 금속이온을 포함하고 있으며, 개시된 발명에서는 니켈(Ni) 또는 구리(Cu) 등이 될 수 있다. 상기 도금액의 온도는 75℃ 내지 85℃인 것이 바람직하다.
상기 나노섬유 지지체를 상기 도금액에 침지하는 시간은 1시간 내지 5시간인 것이 바람직하다. 나노섬유 지지체를 상기 도금액에 침지하는 시간이 1시간 미만이면 도금층이 충분히 형성되지 않아 전자파 차폐필름의 전자파 차폐효율이 낮은 문제가 있을 수 있다. 반면, 나노섬유 지지체를 상기 도금액에 침지하는 시간이 5시간 초과하면 도금층이 오히려 두꺼워질 수 있고, 도금층의 표면이 불균일해지는 문제가 있을 수 있다. 따라서, 상기 도금액 침지시간은 1시간 내지 5시간이 바람직하며, 이러한 범위에서 개시된 전자파 차폐필름이 차폐효율이 높고, 경량화될 수 있다.
상기 제1단계 및 상기 제2단계를 모두 거치면 도 1에 도시되는 바와 같이, 나노섬유를 이용한 차폐필름을 제조할 수 있다. 도 2 및 도 3은 각각 개시된 일 실시예에 따른 나노섬유 지지체의 앞면 및 뒷면의 표면을 주사전자현미경으로 측정한 사진이다. 도 4는 나노섬유 지지체가 무전해도금하기 전과 후의 나노섬유 지지체의 표면을 주사전자현미경으로 측정한 사진이다.
[인장강도 측정]
개시된 나노섬유 지지체를 이용한 전자파 차폐필름의 인장강도를 측정하는 실험을 하였다. 전남대학교 마이크로로봇센터 측정실에서 실험을 진행하였고, ASTM-D638규격에 맞춰 인장강도를 측정하였다.
아래의 [표 1]은 개시된 전자파 차폐필름의 인장강도의 값을 나타낸 것이다. 인장강도의 값은 평균 19MPa를 가진다.
[표 1]
[전자파 차폐율 측정]
개시된 나노섬유 지지체를 이용한 전자파 차폐필름의 전자파 차폐율을 측정하는 실험을 하였다. 한국전파진흥협회 전자파기술원에서 실험을 진행하였고, 30MHz 내지 1.5GHz 주파수 범위에서 ASTM-D4935, GPC7을 이용한 S-parameter 측정방식으로 진행하였다. 아래의 [표 2]는 상기와 같은 방법으로 측정한 개시된 전자파 차폐필름의 전자파 차폐효율 값을 나타낸 것이다. 전자파 차폐효율은 평균 25dB을 가진다.
[표 2]
도 5는 상기와 같은 방법으로 개시된 전자파 차폐필름의 전자파 차폐효율을 측정한 값을 그래프로 나타낸 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (8)
- 대면적 전기방사공법을 통해 나노섬유 지지체를 제조하는 제1단계; 및
상기 나노섬유 지지체를 무전해도금하는 제2단계를 포함하며,
상기 제2단계는
상기 나노섬유 지지체를 세척하는 2-1단계;
세척단계 후 상기 나노섬유 지지체를 에칭하는 2-2단계;
에칭단계 후 상기 나노섬유 지지체를 활성화하는 2-3단계;
활성화단계 후 상기 나노섬유 지지체를 환원시키는 2-4단계;
환원단계 후 상기 나노섬유 지지체를 무전해금속용액에 침지하는 2-5단계;
및 무전해금속용액에 침지한 후 상기 나노섬유 지지체를 도금액에 침지하는 2-6단계;를 포함하며,
상기 2-2단계는 상기 나노섬유 지지체를 과망간산칼륨 및 인산 혼합용액 또는 과산화수소 용액에 8분 내지 12분동안 침지하는 것을 특징으로 하며,
상기 2-5단계는 상기 나노섬유 지지체를 pH가 5.5 내지 8.5인 무전해금속용액에 50℃ 내지 60℃에서 5분 내지 10분동안 침지시키는 것을 특징으로 하며,
상기 2-6단계는 상기 나노섬유 지지체를 도금액에 75℃ 내지 85℃에서 1시간 내지 5시간동안 침지시키는 것을 특징으로 하는,
나노섬유를 이용한 전자파 차폐필름의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 2-3단계는 상기 나노섬유 지지체를 염화주석용액에 5분 내지 8분동안 침지한 후 니켈 스트라이크 또는 정제수에 25초 내지 35초 침지하는 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 전자파 차폐필름의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 나노섬유 지지체는 폴리에테르설폰(Polyehtersulfone,PES), 폴리이미드(Polyimide,PI) 및 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone,PEEK) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노섬유를 이용한 전자파 차폐필름의 제조방법.
- 청구항 1, 4 및 7 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조되는 나노섬유를 이용한 전자파 차폐필름.
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Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020200122748A KR102499283B1 (ko) | 2020-09-23 | 2020-09-23 | 나노섬유를 이용한 전자파 차폐필름의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 전자파 차폐필름 |
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| KR101686318B1 (ko) | 2014-09-23 | 2016-12-13 | 명지대학교 산학협력단 | 스퍼터링을 이용한 전자파 차단 차폐막 형성 방법 및 그 장치 |
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