KR102509396B1 - 쉴딩 케이스 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전도성 필름층과 프레임을 초음파 접합 방법을 이용하여 전자파 차폐 효과를 극대화하기 위한 쉴딩 케이스 및 그 제조방법이 개시된다. 인쇄회로기판에 실장된 금속 프레임; 및 금속 프레임의 상부를 덮는 전도성 필름;을 포함하며, 전도성 필름은 금속 프레임의 상단부를 따라 초음파 접합되는 것을 특징으로 한다.

Description

쉴딩 케이스 및 그 제조 방법{SHIELDING CASE AND ITS MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 쉴딩 케이스 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파 접합 방식을 적용한 쉴딩 케이스 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 휴대용 무선 단말기, 디지털 카메라와 같은 각종 전자기기나 통신기기를 사용할 때, 상기 각종 전자기기나 통신기기에 구비된 전자부품들은 전자파를 발생시키게 되는데, 여기서 상기 전자부품에 의해 발생된 전자파는 엄격하게 규제된다. 이러한 전자파는 무선 통신이나 레이더와 같이 유용하게 사용되는 반면, 전자기기의 동작에 악영향을 미치고, 인체에도 유해한 요소로 작용한다. 따라서, 각종 전자기기나 통신기기는 전자파가 사용자 환경에 적합한지 확인하는 환경 적합성 테스트(EMC:ElectroMagnetic Compatibility)를 의무적으로 실시하여야만 한다. 여기서 실시하는 전자파 환경 적합성 테스트(EMC)는 방사성 노이즈에 의한 전자파 방해(EMI: ElectroMagnetic Interfernece)와 인체에 유해한 전자파 차단을 위한 전자감수성(EMS: ElectroMagnetic Susceptibility) 테스트로 나누어져 실시되고 철저히 규제된다.
따라서 전자기기 내부의 인쇄회로기판 상에 실장되는 전자부품들을 금속 재질로 이루어진 소정의 쉴드 캔 (Shield can)으로 덮어 상기 전자부품들로부터 발생하게 되는 유해 혹은 방해 전자파를 차단함으로써 자체 전자기기는 물론 타 전자기기의 동작에 영향을 미치지 못하도록 하고 있다.
이와 같은 종래의 쉴드 캔은 인쇄회로기판에 실장되어 있는 각종 전자부품의 배치에 따라 적절한 형상으로 프레스 가공함으로써 원가가 낮고 구조가 간단한 장점이 있지만, 유지 보수가 어렵고, 쉴드 캔 하부에 열전도성 테이프를 부착하거나 페이스트 도포 공정을 하기 어려운 단점이 있다.
이러한 단점을 해소하기 위해, 금속 커버와 금속 프레임을 각각 분리된 형태로 제작하였다. 이 경우, 프레임을 인쇄회로기판에 실장한 후, 프레임에 커버를 얹고 소정의 체결 수단을 통해 프레임에 커버를 고정하였다. 그런데, 커버와 프레임을 상호 연결할 때 커버와 프레임 간에 중첩부가 생기기 때문에, 쉴드 캔의 전체적인 두께와 부피가 증가하는 문제가 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위해 종래 기술의 커버를 얇은 전도성 테이프로 대체한 기술이 등장하였으나, 전도성 필름이 갖는 높은 접촉 저항(Contact resistance)으로 인해 프레임의 폭을 넓혀야 하기 때문에, 결과적으로 실장 밀도를 높이는데 한계가 있다.
본 발명의 일 실시예는 종래의 문제점을 해소하기 위해 전도성 필름층과 프레임을 초음파 접합 방법을 이용하여 전자파 차폐 효과를 극대화하기 위한 쉴딩 케이스 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 인쇄회로기판에 실장된 금속 프레임; 및 상기 금속 프레임의 상부를 덮는 전도성 필름;을 포함하며, 상기 전도성 필름은 상기 금속 프레임의 상단부를 따라 초음파 접합되는 쉴딩 케이스를 제공한다.
본 발명은, 전자파 차폐를 위한 인쇄회로기판에 구비되는 쉴딩 케이스의 제조 방법에 있어서, 상기 인쇄회로기판에 실장된 금속 프레임에 전도성 필름을 적층하는 단계; 및 상기 금속 프레임과 상기 전도성 필름을 초음파 접합 공정을 통해 접합하는 단계;를 포함하는 쉴딩 케이스의 제조방법을 제공함에 따라, 상기 목적을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쉴딩 케이스의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 쉴딩 케이스의 접합방법을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 쉴딩 케이스의 접합방법에 의해 형성된 쉴딩 케이스를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 쉴딩 케이스의 평면도이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 쉴딩 케이스에 적용되는 전도성 필름의 다양한 예를 도시한 단면도들이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 이하 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해하기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시한다.
따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고 이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 쉴딩 케이스 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쉴딩 케이스의 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 쉴딩 케이스(100)는 인쇄회로기판(130)에 실장된 복수의 회로 소자(131)를 차폐하도록 인쇄회로기판(130)에 고정된다. 이 경우, 쉴딩 케이스(100)는 복수의 회로 소자(131)를 한꺼번에 차폐할 수 도 있으나 이에 한정되지 않고 단일 회로 소자만을 차폐할 수도 있다. 상기 인쇄회로기판(130)은 플라스틱 기반의 MID(Module Interconnection Device), 금속 또는 글래스 구조물 상에 전기적 신호가 구성된 전자 부품 또는 제품을 포함한다.
이와 같은 쉴딩 케이스(100)는 전도성 필름(110) 및 프레임(120)을 포함하며, 초음파 접합 방식을 통해 상호 접합된다. 이 경우, 전도성 필름(110)은 프레임(120) 상에 안착될 수 있다. 본 실시예에서는 쉴딩 케이스(100)의 형상을 직육면체로 이루어진 것으로 설명하지만, 이에 제한되지 않고 인쇄회로기판에 실장된 회로 소자들의 배치에 대응하여 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 전도성 필름전도성 필름(110)은 금속층(111), 코팅층(113) 및 점착층(115)을 포함할 수 있다.
이 경우, 전도성 필름(110)은 금속층(111)의 상면에 코팅층(113)이 형성되고, 금속층(111)의 하면에 점착층(115)이 형성되는 적층된 구조로 이루어질 수 있다. 하지만, 전도성 필름(110)은 이에 한정되지는 않고, 상기 코팅층(113) 또는 점착층(115)이 생략되거나, 금속층(111) 만으로 이루어질 수도 있다.
금속층(111)은 프레임(120)과 전기적으로 접촉함으로써 프레임(120)과 함께 넓은 접지 면적을 확보할 수 있다. 또한, 금속층(111)은 프레임(120)과의 초음파 접합 시 접합 강도를 향상시키기 위해, 금속층(111)은 니켈, 금, 백금, 구리, 은, 아연, 마그네슘, 팔라듐(Pd), 텅스텐 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
코팅층(113)은 쉴딩 케이스(100)에 주변 구조물 예를 들면 금속 재질의 하우징 등이 접촉하여도 쇼트가 발생하지 않도록 절연체로 이루어질 수 있다. 또한, 코팅층(113)은 소정의 색상을 가질 수 있다.
점착층(115)은 도전성 입자와 점착제로 구성될 수 있다. 점착층(115)은 열 방사성과 도전성을 갖는 니켈, 블랙 카본 등의 도전성 분말이 혼합된 도전성 아크릴 점착제일 수 있다
한편, 도전성 입자는 금속 분말로 금, 은, 구리, 팔라듐, 니켈이 코팅된 구리, 은이 코팅된 니켈 및 니켈이 코팅된 구리로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 이루어질 수 있다. 점착층(115)은 성능 향상을 위해 내부에 도전성 입자를 포함할 수 있지만, 원가 절감을 위해 도전성 입자를 포함하지 않을 수 있다.
전도성 필름(110)은 코팅층(113), 금속층(111), 점착층(115)의 두께(t2, t1, t3)가 각각 적어도 0.003mm, 0.01mm, 0.032mm로 형성될 수 있으며, 따라서 전도성 필름(110)의 총 두께가 0.045mm 이상이 될 수 있다. 하지만 이에 제한되지 않고, 전도성 필름(110)은 후술하는 초음파 접합이 양호하게 이루어지도록 금속층(111)의 두께를 0.01mm 이하로 형성할 수 있으며, 점착층의 두께를 0.008mm 이하로 형성할 수 있다. 이에 따라, 전도성 필름(110)의 총 두께가 0.021mm 이하로 형성될 수 있어 박형화 구현이 가능하다.
프레임(120)은 인쇄회로기판(130)에 고정되어 전자파 차폐 대상인 적어도 하나의 회로 소자(131)를 폐루프(closed loop) 상태로 둘러싼다. 프레임(120)은 접지(133, 도 2 참조)를 포함하여 인쇄회로기판(130)에 고정되도록 마련될 수 있다.
이와 같은 프레임(120)은 다수의 측면부(121)와, 각 측면부(121)의 상단으로부터 프레임(120)의 내측으로 연장 형성된 절곡부(123)를 포함할 수 있다. 이에 따라 절곡부(123)는 전도성 필름(110)의 테두리 하면이 안착될 수 있는 면적을 제공한다. 프레임(120)의 내측에는 회로 소자(131)가 배치될 수 있고, 도포공정에 의해 페이스트가 채워질 수 있는 공간(125)이 형성될 수 있다.
프레임(120)은 회로 소자(131)로부터 발생하는 전자파를 차폐할 뿐만 아니라 접지(133, 도 2 참조)를 위해 도전성 금속재로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 프레임(110)은 알루미늄, 구리, 니켈, 은, 금, 마그네슘, 크롬, 철 등의 순금속 또는 합금으로 이루어진 재질로 마련될 수 있다. 이는 일 예에 불과하고 이에 한정되는 것은 아니다.
전도성 필름(110)은 절곡부(123)의 상면(123a)에 안착될 수 있다. 전도성 필름(110)의 하부는 절곡부의 상면(123a)과 접촉한다. 후술하는 초음파 접합에 의해 전도성 필름(110)과 프레임(120)이 겹쳐지는 면인 절곡부(123)의 상면(123a)에서 접합이 이루어진다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 쉴딩 케이스의 초음파 접합방법을 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 쉴딩 케이스의 접합방법에 의해 형성된 쉴딩 케이스를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 프레임(120) 상에 전도성 필름(110)을 고정할 수 있다. 상기 전도성 필름(110)은 프레임(120) 상에 순차적으로 점착층(115), 금속층(111) 및 코팅층(113)이 적층된다. 전도성 필름(110)은 초음파 접합 공정 전에 점착층(115)을 통해 프레임(120)의 절곡부(123)에 부착됨으로써 고정된다.
이 상태에서, 전도성 필름(110)과 프레임(120)은 초음파 접합을 통해 견고하게 상호 접합될 수 있다.
초음파 접합 장치(150)는 프레임(120)에 안착된 전도성 필름(110)에 초음파 진동을 가하는 장치로서, 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 역할을 한다. 초음파 접합 장치(150)는 초음파 발진부(미도시)와 혼(151)을 포함할 수 있다.
이 경우, 초음파 접합 장치(150)는 초음파 발진부(미도시)로부터 전달받은 고주파 전류를 초음파로 변환하여 혼(horn)(151)으로 전달한다. 혼(151)은 프레임(120)의 절곡부(123) 에 부착된 전도성 필름(110)의 상면을 미리 설정된 하중으로 Z축 방향을 따라 가압한다. 이와 동시에 혼(151)은 초음파 발진부(미도시)로부터 전달받은 증폭된 초음파 진동을 전도성 필름(110)의 상면에 X축 방향으로 인가한다. 이에 따라, 상기 프레임(120)과 상기 전도성 필름(110)은 상호 접합될 수 있다.
이러한 초음파 접합 과정에서, 프레임(120)의 절곡부(123)의 상면(123a)과 금속층(111)의 하면 사이에서 화학적 반응이 일어나도 도 3과 같이 반응층(R)이 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 전도성 필름(110)과 프레임(120)의 초음파 접합 시 혼(151)에 의해 가압되는 쉴딩 케이스(100)의 상면에는 소정 크기의 접합 패턴이 형성될 수 있다. 이때, 상기 접합 패턴은 홈부(113b)로 형성될 수 있다. 이 경우, 홈부(113b)에 대응하는 코팅층(113)과 금속층(111)의 각 부분에는 하향 돌출되는 돌출부(113a, 111a)가 형성될 수 있다.
한편, 혼(151)에 의해 가압된 되는 접합 지점은 쉴딩 케이스(100)의 크기에 따라 적절히 조절할 수 있다. 예를 들면, 상기 접합 지점은 동일한 간격으로 배치될 수 있고, 연속적인 초음파 접합이 어려운 부분 예를 들면, 도 4와 같이 쉴딩 케이스(100)의 모서리 부분에는 접합 지점의 간격을 더 넓게 형성할 수도 있다.
한편, 초음파 접합 시 접합 지점에 대응하는 점착층(115)의 일부분은 혼(151)에 의해 가압됨에 따라 접합 지점으로부터 접합 지점의 주변으로 밀려난다. 따라서, 금속층(111)과 프레임(120)의 절곡부(123)와의 직접적인 접촉이 가능하고, 초음파 진동에 의해 금속층(111)과 금속재로 이루어진 프레임의 절곡부(123) 간의 화학적인 반응을 통해 반응층(R)이 형성된다.
상기 반응층(R)은 전도성 필름(110)의 금속층(111)과 프레임(120)의 원소간 상호 확산 반응(inter-diffusion reaction product)을 통해 형성될 수 있다. 상기 반응층(R)은 프레임(120)의 절곡부(123)와 금속층(111) 사이에 형성될 수 있다. 반응층(R)에 의해 금속층(111)은 프레임(120)과 견고하게 접합할 수 있다. 상기와 같이 프레임(120)과 전도성 필름(110) 간의 견고한 결합이 이루어짐에 따라 외부 충격에도 안정적인 구조가 유지되므로 높은 차폐성능을 확보할 수 있다.
이와 같이 초음파 접합 공정을 수행함에 따라, 프레임(120)의 절곡부(123)의 폭(w)을 좁게 형성하더라도(예를 들면, 0.5mm 이하) 전도성 필름(110)이 견고하게 접합될 수 있으므로, 전도성 필름(110)과 프레임(120) 간의 접촉 저항을 최소화 시켜서 전자파 차폐 효과를 극대화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 쉴딩 케이스의 평면도이다.
도 4를 참고하면, 프레임(120)과 전도성 필름(110)의 접합 시에 프레임(120)의 절곡부(123)와 전도성 필름(120)이 겹쳐지는 면은 일점 쇄선의 바깥 쪽에 해당한다. 이 경우, 상기 복수의 홈부(113b)를 감추기 위해서 쉴딩 케이스(100)의 상부 즉, 코팅층(113)의 상면에 별도의 필름을 부착할 수 있다.
또한, 프레임(120)의 절곡부(123) 하측으로는 소자가 위치할 수 없거나 매우 높이가 낮은 소자를 배치해야 하는 문제가 있는데, 본 발명과 같이 절곡부(123)의 폭(w)을 좁게 형성할 경우, 회로 소자의 실장 밀도를 증가시키고, 나아가 전체적인 쉴딩 케이스(100)의 크기를 줄일 수 있으므로, 제품의 소형화 및 박형화가 가능하다.
더욱이, 본 발명은 종래의 기술에 비해 초음파 접합방법으로 차폐 성능이 예를 들면 10dB 이상 향상될 수 있고, 편차도 4dB 이하로 감소될 수 있으므로 종래기술보다 크게 향상된 차폐 성능 확보가 가능하다.
한편, 전술한 전도성 필름(110)은 점착층(115), 금속층(111) 및 코팅층(113)의 3개 층으로 이루어진 것으로 설명하였으나, 이에 제한되지 않고 이하에서 설명하는 바와 같이 다양하게 이루어질 수 있다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 쉴딩 케이스의 전도성 필름의 다양한 예를 도시한 단면도들이다.
도 5a 내지 5c에 도시된 바와 같이, 전도성 필름(110)은 구성하는 각 층에 따라 형성되는 쉴딩 케이스(100)가 변경될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 전도성 필름(110a)은 금속층(111)만을 구비하는 단일층으로 구성될 수 있다.
전도성 필름(110a)이 금속층(111)만으로 구성된 경우, 홈부(111b)는 금속층(111)에서 형성될 수 있고, 금속층(111)에 돌출부(111a)가 형성되며, 금속층(111)과 프레임(120) 간의 화학적인 반응에 의해 반응층(R)이 형성된다.
이 경우, 점착층 및 코팅층을 포함하지 않아 전도성 필름(110a)의 총 두께가 감소하여 상부 중첩 두께를 감소시켜서 제품의 두께를 낮출 수 있다.
도 5b를 참조하면, 전도성 필름(110b)은 점착층을 제외한 금속층(111)과 코팅층(113)만으로 형성될 수 있다.
또한, 도 5c를 참조하면, 전도성 필름(110c)은 코팅층을 제외한 금속층(111)과 점착층(115)만으로 형성될 수 있다.
도 5a 및 도 5b와 같이, 전도성 필름(110)이 점착층(115)을 포함하지 않는 경우에는, 초음파 접합 전에 소정의 지그(미도시)를 이용하여 전도성 필름(110)을 프레임(110) 상부에 임시적으로 고정시킬 수 있다.
상기와 같이, 쉴딩 케이스(100)는 프레임(120)과 전도성 필름(110)을 초음파 접합에 의해 프레임(120)의 절곡부(123)의 폭을 최소화하는 것이 가능해짐에 따라, 금속층(111)과 프레임(120) 간의 접촉 저항을 최소화시킬 수 있고, 전자파 차폐 효과를 극대화할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 쉴딩 케이스 110 : 전도성 필름
111 : 금속층 113 : 코팅층
115 : 점착층 120 : 프레임
123 : 절곡부 123a : 절곡부 상면
130 : 인쇄회로기판 131 : 회로 소자
150 : 초음파 접합 장치 151 : 혼
R : 반응층

Claims (13)

  1. 인쇄회로기판에 실장된 금속 프레임; 및
    상기 금속 프레임의 상부를 덮는 전도성 필름;을 포함하며,
    상기 금속 프레임은 상단을 따라 상기 전도성 필름의 하면이 접합되는 절곡부가 연장 형성되며,
    상기 전도성 필름은 상기 금속 프레임의 상기 절곡부를 따라 초음파 접합되는 쉴딩 케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 필름은 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 쉴딩 케이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전도성 필름은 상기 금속층 하부에 형성되는 점착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 쉴딩 케이스.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전도성 필름은 상기 금속층 상부에 형성되는 절연체로 이루어진 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 쉴딩 케이스.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전도성 필름은 상기 금속층 하부에 형성되는 점착층과, 상기 금속층 상부에 형성되는 절연체로 이루어진 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 쉴딩 케이스.
  6. 제3항 또는 제5항에 있어서,
    상기 점착층은 도전성 입자가 함유된 것을 특징으로 하는 쉴딩 케이스.
  7. 삭제
  8. 전자파 차폐를 위한 인쇄회로기판에 구비되는 쉴딩 케이스의 제조 방법에 있어서,
    상기 인쇄회로기판에 실장된 금속 프레임에 전도성 필름을 적층하는 단계; 및
    상기 금속 프레임과 상기 전도성 필름을 초음파 접합 공정을 통해 접합하는 단계;를 포함하며,
    상기 금속 프레임은 상단을 따라 상기 전도성 필름의 하면이 접합되는 절곡부가 연장 형성되는 쉴딩 케이스의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 접합 단계에서,
    상기 금속 프레임과 상기 전도성 필름의 금속층이 직접 접합하는 것을 특징으로 하는 쉴딩 케이스의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 접합 단계에서,
    상기 초음파 접합되는 접합부에 화학적 반응에 의해 금속층과 상기 금속 프레임 사이에 반응층이 형성되는 것을 특징으로 하는 쉴딩 케이스의 제조방법.
  11. ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제10항에 있어서,
    상기 반응층은 상기 전도성 필름과 상기 금속 프레임의 상호 확산 접합(inter-diffusion bonding)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 쉴딩 케이스의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 초음파 접합에 의해서 상기 전도성 필름의 상면에는 복수 개의 접합 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 쉴딩 케이스의 제조방법.
  13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제12항에 있어서,
    상기 접합 단계 후,
    상기 전도성 필름의 상면에 상기 복수 개의 접합 패턴을 가리기 위한 추가 필름을 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 쉴딩 케이스의 제조방법.
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