KR102507930B1 - 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트 및 그의 제조방법 - Google Patents

광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트 및 그의 제조방법 Download PDF

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양우석
최세환
김윤진
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Abstract

전방향 방열특성이 우수하고, 전자파 차폐특성도 나타내는 우수한 성능의 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트 및 그의 제조방법이 제안된다. 본 발명에 따른 전자파차폐방열 복합시트 제조방법은 방열시트에 방열시트의 상하부면을 관통하는 관통홀을 형성하는 관통홀 형성단계; 관통홀을 채우면서 방열시트의 일면에 산화금속잉크층을 형성하는 산화금속잉크층 형성단계; 및 산화금속잉크층에 광을 조사하여, 산화금속잉크를 환원시켜 전자파차폐방열층을 형성하는 단계;를 포함한다.

Description

광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트 및 그의 제조방법{Heat Dissipation sheet having electromagnetic wave shield function using optical sintering metal coating and manufacturing method thereof}
본 발명은 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전방향 방열특성이 우수하고, 전자파 차폐특성도 나타내는 우수한 성능의 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 방열시트는 각종 전자기기 내지 전자소자에서 열을 확산시키기 위한 히트싱크로 활용되는 부품이다. 이러한 방열시트는 두께방향에 비해 면방향의 열전도율이 큰 재료(열이방성 재료)를 사용하여 제조하는 것이 일반적이었으며, 이러한 재료의 대표적인 예로는 팽창흑연이 있다.
예를 들어, 섬유형상의 흑연이 서로 얽혀 이루어진 팽창흑연을 가압 압축함으로써 전자파차폐방열 복합시트를 제조할 수 있으며, 이러한 전자파차폐방열 복합시트의 경우 시트의 두께방향의 열전도율에 비해 면방향의 열전도율이 상대적으로 크기 때문에 열의 확산이동에 적합하다.
그런데 최근 밀폐형 전자기기(예컨대 스마트폰, 태블릿피씨 등)에 적용되는 전자파차폐방열 복합시트의 경우에는 면방향의 열전도율뿐만 아니라 수직방향의 열전도율도 향상시키기를 요구받고 있으므로, 수평 및 수직 방향의 열전도율이 우수한 전자파차폐방열 복합시트를 제조하고자 하는 시도가 많이 이루어지고 있다.
열전도율을 향상시키기 위해서는 고품질의 인조흑연(예를 들면, 키시 흑연)을 이용할 수 있으나, 인조흑연의 경우 가격이 높을 뿐만 아니라 수직 방향의 열전도율은 취약하다는 문제가 있다. 한편, 많이 이용되는 팽창흑연의 경우에는 인조흑연에 비해 가격 경쟁력을 가지고 있으나 열전도율이 다소 떨어지는 문제가 있다. 따라서 가격 경쟁력을 가지면서도 수평 및 수직 방향으로의 열전도율이 우수한 방열시트의 개발이 요청되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 전방향 방열특성이 우수하고, 전자파 차폐특성도 나타내는 우수한 성능의 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트 및 그의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파차폐방열 복합시트 제조방법은 방열시트에 방열시트의 상하부면을 관통하는 관통홀을 형성하는 관통홀 형성단계; 관통홀을 채우면서 방열시트의 일면에 산화금속잉크층을 형성하는 산화금속잉크층 형성단계; 및 산화금속잉크층에 광을 조사하여, 산화금속잉크를 환원시켜 전자파차폐방열층을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 전자파차폐방열 복합시트 제조방법은 산화금속잉크층 형성단계 후, 산화금속잉크를 경화시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
산화금속잉크층은 방열시트의 표면에 형성된 표면산화금속잉크층 및 방열시트의 내부의 관통홀에 형성된 홀산화금속잉크층을 포함할 수 있다.
광소결단계는 표면산화금속잉크층을 향하여 광을 조사하여 수행될 수 있다.
광소결단계는 홀산화금속잉크층을 향하여 광을 조사하여 수행될 수 있다.
산화금속잉크층은 홀산화금속잉크층은 완전히 환원되고, 표면산화금속잉크층의 일부는 환원되지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 방열시트에 방열시트의 상하부면을 관통하는 관통홀을 형성하는 관통홀 형성단계; 관통홀을 채우면서 방열시트의 일면에 산화금속잉크층을 형성하는 산화금속잉크층 형성단계; 및 산화금속잉크층에 광을 조사하여, 산화금속잉크를 환원시켜 전자파차폐방열층을 형성하는 단계;를 포함하는 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트 제조방법에 따라 제조된 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트가 제공된다.
방열시트는, 천연흑연, 인조흑연, 및 팽창흑연 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
방열시트는, 수직방향 방열특성보다 수평방향 방열특성이 우수한 것일 수 있다.
산화금속잉크층은 산화구리잉크층일 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 표시부; 표시부의 동작을 제어하는 제어부; 및 표시부 및 제어부 사이에 위치하는 방열시트에 방열시트의 상하부면을 관통하는 관통홀을 형성하는 관통홀 형성단계, 관통홀을 채우면서 방열시트의 일면에 산화금속잉크층을 형성하는 산화금속잉크층 형성단계 및 산화금속잉크층에 광을 조사하여, 산화금속잉크를 환원시켜 전자파차폐방열층을 형성하는 단계를 포함하는 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트 제조방법에 따라 제조된 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트;를 포함하는 디스플레이 장치가 제공된다
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 방열시트에 방열시트의 상하부면을 관통하는 관통홀을 형성하는 관통홀 형성단계; 관통홀을 채우면서 방열시트의 일면에 산화금속잉크층을 형성하는 산화금속잉크층 형성단계; 산화금속잉크층에 광을 조사하여, 산화금속잉크를 환원시켜 전자파차폐방열층을 형성하는 단계; 및 관통홀 내부의 전자파차폐방열층만이 존재하도록 방열시트 일면에 형성된 전자파차폐방열층을 제거하는 단계;를 포함하는 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 전자파차폐방열층을 전해도금공정이 아닌 산화구리잉크를 사용하여 형성하므로써, 흑연방열시트에 형성된 관통홀을 완벽하게 충진할 수 있어 전자파차폐방열층에 의한 흑연방열연시트의 수직방향 방열특성 향상을 최대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 전자파차폐방열층 형성시 도금공정과 같이 전처리공정이 필요하지 않고 산화금속잉크를 인쇄방식으로 형성하여 원하는 영역이나 형상으로 층을 형성할 수 있으면서도 공정시간이 단축되고 공정을 간단하게 하여 제조비용이 절감되는 효과가 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전자파차폐방열 복합시트 제조방법의 설명에 제공되는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 전자파차폐방열 복합시트의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따라 제조된 전자파차폐방열 복합시트의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 특정 패턴을 갖도록 도시되거나 소정두께를 갖는 구성요소가 있을 수 있으나, 이는 설명 또는 구별의 편의를 위한 것이므로 특정패턴 및 소정두께를 갖는다고 하여도 본 발명이 도시된 구성요소에 대한 특징만으로 한정되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전자파차폐방열 복합시트 제조방법의 설명에 제공되는 도면이다. 본 실시예에 따른 전자파차폐방열 복합시트 제조방법은 방열시트(110)에 방열시트(110)의 상하부면을 관통하는 관통홀(111)을 형성하는 관통홀 형성단계; 관통홀(111)을 채우면서 방열시트(110)의 일면에 산화금속잉크층(120)을 형성하는 산화금속잉크층 형성단계; 및 산화금속잉크층(120)에 광을 조사하여, 산화금속잉크를 환원시켜 전자파차폐방열층(120')을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 실시예에서는 전자파차폐방열 복합시트를 제조하기 위하여 먼저, 탄소계 소재로 형성되는 시트 형태의 방열시트가 제조된다. 방열시트(110)는 방열특성이 우수한 물질을 포함할 수 있다. 방열특성이 우수한 물질로, 탄소계 소재가 사용될 수 있다. 탄소계 소재 중 흑연은 원자구조상 방열특성이 우수한 물질이다.
방열시트(110)은 흑연, 상세하게는 천연흑연, 인조흑연 및 팽창흑연 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 흑연은 탄소로 구성되는 탄소 동소체의 하나로, 육방 정계에 속하는 판모양의 결정을 이루고 전기전도성이 높고 열전도성이 우수하다. 흑연은 판모양의 결정형상에 따라 수직방향의 열전도성 보다는 수평방향의 열전도성이 우수하다.
특히, 팽창흑연은 섬유형상의 흑연이 서로 얽혀서 솜 형상으로 이루어진 것으로, 이를 가압 압축해서 시트형상으로 성형하는 경우에는 시트의 면방향의 열전도율이 시트의 두께방향의 열전도율에 비해서 더욱 커지게 된다. 이러한 팽창흑연은 천연흑연 또는 인조흑연을 황산이나 초산 등의 액체에 침지시킨 후, 400℃ 이상의 온도에서 열처리함으로써 제조될 수 있다.
팽창흑연의 경우 상술한 것처럼 면방향의 열전도율이 두께방향의 열전도율에 비해서 커지게 되므로, 두께방향의 열전도율을 보완하기 위하여 카본나노튜브(단일벽, 이중벽, 다중벽 포함)가 추가 혼합될 수 있다. 카본나노튜브는 높은 길이/직경 비를 가지고 있어 단위면적당 표면적이 매우 크고, 열전도율 역시 매우 크므로(1500W/Mk 이상), 카본나노튜브를 팽창흑연과 혼합하는 경우에는 두께방향의 열전도율을 어느정도 보완 가능하다. 그러나, 흑연의 결정형상이 판 형태이므로 수직방향의 열전도율은 수평방향의 열전도율에 비해 월등히 낮은 값을 나타낸다.
방열시트(110)는 전술한 팽창흑연 등의 탄소계 소재를 가압 압축하여 형성할 수 있는데, 가압 압축 방법으로는 프레스 성형 또는 롤 압연이 있다. 프레스 성형을 예로 들어보면, 팽창흑연 분말을 소정의 프레스 성형틀에 채워 넣은 후에 프레스를 이용하여 적정한 성형압력으로 팽창흑연 분말을 가압 성형하는 1차 가공을 거침으로써 방열시트를 형성할 수 있으며, 필요에 따라 롤링 가공을 통해 적당한 두께(수 마이크로미터 내지 밀리미터)를 갖추도록 2차 가공을 거칠 수 있다.
다음으로, 방열시트(110)의 표면에 간격을 두어 수직 방향으로 상하부면을 관통하는 복수 개의 관통홀(111)이 형성된다(도 1). 관통홀의 형성은 펀치 등을 이용한 통상적인 공정에 의해 형성될 수 있으며, 그 이외의 방법으로 형성되는 것도 가능하다.
탄소계 소재 중 흑연을 이용한 흑연방열시트의 경우, 수평방향의 열전도도 특성은 우수하나 수직 열전도도 특성은 3W/mK이하로 이방성이 높다. 따라서, 본 발명에서는 방열시트(110)에 관통홀(111)을 내고, 관통홀(111) 내부를 방열시트(110)의 수직방향 열전도도를 높일 수 있는 물질로 채워 방열시트(110)의 전체적인 열전도도를 향상시킨다.
홀은 방열시트(110)에 복수개가 서로 이격되어 형성된다. 홀의 직경이나 깊이는 전자파차폐물질의 열전도특성이나 방열시트(110)의 두께 및 홀의 개수에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 홀의 직경은 수 마이크로미터 내지 수 밀리미터일 수 있다. 홀의 평면형상은 원형, 사각형, 삼각형 또는 다각형일 수 있고 이는 한정되지 않는다.
방열시트(110)는 관통홀(111)의 내부 및 일면에 산화금속잉크층(120)을 형성한다. 방열시트(110)는 관통홀(111)에 금속을 채워 수직방향 방열성을 향상시킬 수 있는데, 예를 들어 금속은 도금공정으로 채워질 수 있다. 그러나, 도금공정수행시, 방열시트(110)의 전도성이 낮은 경우 도금접합특성이 좋지 않아 금속이 분리되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에서는 관통홀(111) 내부를 채우기 위하여, 관통홀(111)을 채우면서 방열시트(110)의 일면에 산화금속잉크층(120)을 형성한다(도 2). 산화금속잉크층(120)은 방열시트(110)의 일면에 산화금속잉크를 인쇄하여 형성되므로, 산화금속잉크층(120)은 방열시트(110)의 표면에 형성된 표면산화금속잉크층(121) 및 방열시트(110)의 내부의 관통홀(111)에 형성된 홀산화금속잉크층(122)을 포함할 수 있다.
산화금속잉크층(120)은 도금공정이 아닌 인쇄공정 등으로 수행되므로, 관통홀(111)이 완전히 채워질 수 있다. 따라서, 광소결로 인하여 생성되는 전자파차폐방열층(120')이 관통홀(111) 전체에 형성되게 되어 방열시트(110)의 수직방향 방열성능향상이 최대화될 수 있다.
산화금속잉크층(120)은 광소결로 전자파차폐방열층(120')을 형성하므로, 산화금속은 광소결로 방열특성 및 전자파차폐특성을 갖는 금속인 것이 바람직하다. 금속으로는 구리, 알루미늄, 니켈, 금, 은, 팔라듐, 크롬 및 이들의 합금 중에서 선택될 수 있으며, 전자파 차폐성능과 열전도율이 모두 우수한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 산화금속잉크는 산화구리잉크일 수 있다.
산화금속잉크층(120) 형성단계 후, 산화금속잉크를 경화시키는 단계가 더 수행될 수 있다.
이후, 산화금속잉크층(120)에 광을 조사하여, 산화금속잉크를 환원시켜 전자파차폐방열층(120')을 형성한다. 도 3을 참조하면, 방열시트(110)의 하부에 위치하는 홀산화금속잉크층(122)이 상부에 도시되어 있다.
광소결단계는 산화금속잉크층(120)에 광을 조사하여 수행될 수 있다. 산화금속잉크층(120)의 표면산화금속잉크층(121) 및 홀산화금속잉크층(122)은 광이 조사되면 표면전자파차폐방열층(121') 및 홀전자파차폐방열층(122')로 변환된다.
광은 표면산화금속잉크층(121)을 향하여 조사될 수 있다. 이와 달리, 광은 홀산화금속잉크층(122)을 향하여 조사될 수 있다(도 4).
방열시트(110)에 광이 조사될 때, 산화금속잉크층(120)의 산화금속은 환원되는데, 도 2와 같은 상태에서 광을 조사하면, 표면산화금속잉크층(121)은 환원되기 쉬우나, 홀산화금속잉크층(122)은 관통홀(111) 내부에 위치하여 광이 도달하지 않을 수 있다.
따라서, 방열시트(110)의 수직방열성 향상을 위한 홀산화금속잉크층(122)의 환원이 완료되지 않는다면 방열시트(110)의 방열특성향상 정도가 낮을 수 있다.
만약, 도 4와 같이 방열시트(110)의 상하부면을 뒤집고, 광을 조사하면 관통홀(111) 내부의 홀산화금속잉크층(122)은 모두 환원될 가능성이 높다. 즉, 산화금속잉크층(120)은 홀산화금속잉크층(122)은 완전히 환원되고, 표면산화금속잉크층(121)의 일부는 환원되지 않을 수 있다.
이 경우, 표면산화금속잉크층(121)은 환원되지 않을 수 있으나, 관통홀(111) 내의 산화금속잉크층(120)이 모두 환원되었으므로, 환원되어 형성된 전자파차폐방열층(120')은 방열시트(110)의 수직방열특성을 향상시키고, 전자파차폐기능도 수행할 수 있게 되므로 표면산화금속잉크층(121)이 환원되지 않아도 본 발명에 따른 전자파차폐방열 복합시트(100)는 우수한 성능을 나타낼 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 전자파차폐방열 복합시트의 사시도이다. 본 발명에 따른 전자파차폐방열 복합시트(100)는 방열시트(110)의 내부에 관통홀(111)을 포함하고, 관통홀(111)에는 전자파차폐기능을 수행하는 물질이 채워지면서 표면에 전자파차폐방열층(120')이 형성되어 있다. 따라서, 본 발명의 전자파차폐방열 복합시트(100)는 방열기능 및 전자파 차폐기능을 수행한다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따라 제조된 전자파차폐방열 복합시트의 단면도이다. 본 실시예에 따른 전자파차폐방열 복합시트(100)는 방열시트(110)의 내부에 관통홀(111)을 포함하고, 관통홀(111)에는 전자파차폐기능을 수행하는 물질이 채워지면서 홀전자파차폐방열층(122')을 포함하는 전자파차폐방열층(120')이 형성되어 있다.
즉, 도 5에서의 전자파차폐방열 복합시트(100)는 전자파차폐방열층(120')이 표면전자파차폐방열층(121') 및 홀전자파차폐방열층(122')를 포함하고 있는데, 본 실시예에 따른 전자파차폐방열 복합시트(100)는 관통홀 내부의 전자파차폐방열층, 즉 홀전자파차폐방열층(122')만이 존재하도록 방열시트(110) 일면에 형성된 표면전자파차폐방열층(121')을 제거하여 제조된다(도 7).
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 표시부; 표시부의 동작을 제어하는 제어부; 및 표시부 및 제어부 사이에 위치하는 방열시트에 방열시트의 상하부면을 관통하는 관통홀을 형성하는 관통홀 형성단계, 관통홀을 채우면서 방열시트의 일면에 산화금속잉크층을 형성하는 산화금속잉크층 형성단계 및 산화금속잉크층에 광을 조사하여, 산화금속잉크를 환원시켜 전자파차폐방열층을 형성하는 단계를 포함하는 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트 제조방법에 따라 제조된 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트;를 포함하는 디스플레이 장치가 제공된다. 본 실시예에서는 수평 및 수직 방열특성이 우수한 전자파 차폐 기능을 갖는 방열시트를 디스플레이 장치의 표시부와 제어부 사이에 위치시켜 표시부에서 발생하는 열을 외부로 방출하고, 제어부에서 발생하는 전자파를 차폐할 수 있게 한다. 이상 설명한 바와 동일한 내용의 설명은 생략하기로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 전자파차폐방열 복합시트는 방열시트에 형성된 홀에 전자파 차폐물질을 채워 전자파 차폐특성을 갖는 동시에 수직방열특성을 보완하여 우수한 성능의 전자파 차폐기능을 갖는다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 전자파차폐방열시트는 산화금속잉크를 광소결하여 전자파차폐층을 형성하는 방식을 이용하여 방열시트와의 접착성이 향상되고, 홀충진률을 높여 전체 방열특성을 극대화된다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 전자파차폐방열 복합시트
110: 방열시트
111: 관통홀
120: 산화금속잉크층
121: 표면산화금속잉크층
122: 홀산화금속잉크층
120': 전자파차폐방열층
121': 표면전자파차폐방열층
122': 홀전자파차폐방열층

Claims (12)

  1. 방열시트에 방열시트의 상하부면을 관통하는 관통홀을 형성하는 관통홀 형성단계;
    관통홀을 채우면서 방열시트의 일면에 산화금속잉크층을 형성하는 산화금속잉크층 형성단계; 및
    산화금속잉크층에 광을 조사하여, 산화금속잉크를 환원시켜 전자파차폐방열층을 형성하는 단계;를 포함하는 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트 제조방법으로서,
    산화금속잉크층은 방열시트의 표면에 형성된 표면산화금속잉크층 및 방열시트의 내부의 관통홀에 형성된 홀산화금속잉크층을 포함하고,
    광소결단계는 홀산화금속잉크층을 향하여 광을 조사하여 수행되며,
    산화금속잉크층은 홀산화금속잉크층은 완전히 환원되고, 표면산화금속잉크층의 일부는 환원되지 않도록 광소결되는 것을 특징으로 하는 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    산화금속잉크층 형성단계 후, 산화금속잉크를 경화시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 따른 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트 제조방법에 따라 제조된 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트.
  8. 청구항 7에 있어서,
    방열시트는, 천연흑연, 인조흑연, 및 팽창흑연 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트.
  9. 청구항 7에 있어서,
    방열시트는, 수직방향 방열특성보다 수평방향 방열특성이 우수한 것을 특징으로 하는 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트.
  10. 청구항 7에 있어서,
    산화금속잉크층은 산화구리잉크층인 것을 특징으로 하는 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트.
  11. 표시부;
    표시부의 동작을 제어하는 제어부; 및
    표시부 및 제어부 사이에 위치하는 청구항 7에 따른 광소결 금속코팅을 이용한 전자파차폐방열 복합시트;를 포함하는 디스플레이 장치.
  12. 삭제
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JP2019096799A (ja) * 2017-11-27 2019-06-20 旭化成株式会社 電磁波シールドシートの製造方法及び電磁波シールドシート

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