KR102539178B1 - 복합분말 및 이를 포함하는 전자파 차폐시트 - Google Patents

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KR102539178B1
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장현지
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Abstract

본 발명에 따른 복합분말은 철(Fe), 규소(Si) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 조성의 합금을 가지는 코어; 및 상기 코어 상에 구비되며, Si, Ti 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 물질의 산화물, 붕화물, 질화물, 또는 붕질화물로 이루어지고, 높이가 10 내지 300 nm인 세라믹돌기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

복합분말 및 이를 포함하는 전자파 차폐시트 {Composite powder and Electromagnetic shielding sheet comprising the same}
본 발명의 일 측면은 전자파를 흡수하는 전자파 차폐시트에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 전자파를 차폐할 수 있는 복합분말 및 이를 포함하여 이루어지는 전자파 차폐시트에 관한 것이다.
전자파란, 광범위한 주파수 영역을 갖는 전자기 에너지이며 전자기파(elctro magnetic wave)를 의미한다. 공간상에서 전기장이 시간에 따라 변화하게 되면 그 주위에 자기장이 발생하고, 반대로 자기장이 시간에 따라 변화하면 그 주위에 전기장이 발생하게 되어 전기력선(전계)과 자기력선(자계)이 파동의 진행방향과 직각을 이루며 공간을 빛의 속도로 전파한다.
전자파는 파장의 길이에 따라 감마선, 엑스선, 자외선, 가시광선, 적외선, 전파 등으로 구분될 수 있다. 전자파는 연속적으로 공간중에 방사되며 매질의 유무 및 밀도에 관계없이 장거리까지 전파되는 성질을 가지며, 진행방향에 방해물이 있을 때에는 전자파의 투과, 반사, 굴절, 회절 또는 흡수가 일어나 다른 에너지로 전환될 수 있다.
이러한 전자파는 현대 기술의 발달로 휴대폰, 고성능 가전제품 및 첨단 기기의 사용이 증가함에 따라 어느 곳에서든 존재하고 있으며, 특히 전자기기들이 방출하는 전자파가 인접한 다른 전자기기들의 작동을 방해하여 오작동을 일으키게 하는 원인이 되고 있다. 다양한 전자기기들의 활용으로 인하여 전자파 간섭(Electromagnetic Interference, EMI), 전자파 내성(Electromagnetic Compatibility, EMC) 문제 및 인체에 대한 유해성이 최근 전세계적인 문제로 주목받고 있어 다양한 사용 용도에 따른 전자파를 제어하고 불필요한 전자파의 방출을 최소 하기 위한 차폐 효과(Shielding eggectiveness)의 활용이 연구되고 있다.
전자파 차폐는 재료 표면에서의 전자파 반사, 재료 내부에서의 전자파 차폐및 다중반사에 의한 손실 특성을 이용한다.
전자파 반사는 공기보다 매우 높은 임피던스를 갖는 금속 재료와 공기의 경계면에서 임피던스 차이에 의한 반사 효과를 이용하는 것이고, 반사파가 또다시 전자기기 내부의 다른 부품의 동작을 방해하는 요인으로 작용될 수 있어 효과적인 방법으로 사용되기 어려운 문제가 있다. 이에, 전자파 반사가 작고 흡수 성능이 우수한 전자파 차폐 재료 및 흡수체에 대한 요구가 늘어나고 있다.
전자파 흡수를 일으키는 전자파 흡수체는 유입된 전자파를 반사시키는 것 외에도, 그 특성에 따라 자속을 발생시키고, 발생된 자속에 의하여 높은 임피던스(저항)가 발생하거나, 유입된 전자파의 일부가 투자손실, 유전손실, 도전손실 등에 의하여 열에너지로 변환시켜 전자파를 흡수할 수 있으며, 전자파 흡수체로는 주로 페라이트, 니켈 합금 및 비정질 합금 등의 소재가 주로 활용되고 있다.
종래의 방법을 통해 얻을 수 있는 전자파 흡수체는 상대적으로 밀도가 낮아 우수한 전자파 차폐특성 및 투자율이 얻어지지 않았으며, 밀도를 높이더라도 1MHz 대역에서 투자율 실수부 값이 100 이상 얻어지지 않는 한계가 있었다.
또한, 최근에는 엄격해지는 전자파 차폐 장해 규격을 만족하기 위해 금속 분말 등의 전자파 차폐 소재를 많은 양을 포함시켜 분산시킬 것이 요구되는데, 이 경우에 전자파 차폐재의 전기전도도 등의 물성은 향상되나, 충격강도를 비롯한 기계적 물성이 저하되고, 성형시 크랙이 발생하는 문제가 있으며, 전자파 흡차폐재의 중량 및 생산비용이 증가하여 다양한 용도로 활용하기 어려운 문제가 있다.
대한민국 등록특허 10-1936601호
본 발명의 일측면은 위와 같은 종래 전자파 차폐소재의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 전자파 차폐시트로서, 전자파 차폐 소재를 높은 충진율로 포함하여 높은 투자율을 가지고 우수한 전자파 차폐성능을 가지면서 소수성 표면구조에 의해 내후성 및 방청효과가 우수한 전자파 차폐시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 목적은 얇은 두께와 낮은 생산비용으로 우수한 전자파 차폐효율을 가지는 전자파 차폐시트를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 측면은 철(Fe), 규소(Si) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 조성의 합금을 가지는 코어; 및
상기 코어 상에 구비되며, Si, Ti 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 물질의 산화물, 붕화물, 질화물, 또는 붕질화물로 이루어지고, 높이가 10 내지 300 nm인 세라믹돌기;를 포함하는 복합분말로서,
상기 복합분말의 표면에서 물방울의 접촉각은 90°내지 170°인 것이 좋고,
상기 합금은,
상기 Si를 7 ~ 11 wt%, 상기 Al을 3 ~ 8 wt% 및 Fe를 잔부로 포함하는 합금인 것이 좋으며,
여기에서, 상기 세라믹돌기의 높이와 폭의 비율은 1:0.8 내지 1:2 인 것이 좋다.
또한, 상기 세라믹돌기는 상기 코어의 표면 상에 상기 세라믹입자가 적어도 1층 이상 적층되어 구비되는 것이 좋고,
상기 코어의 D50 이 60±20 ㎛인 것이 좋더.
본 발명의 다른 측면은,
철(Fe), 규소(Si) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 조성의 합금을 포함하는 코어와, 상기 코어 상에 구비되고, Si, Ti 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 물질의 산화물, 붕화물, 질화물 또는 붕질화물로 이루어지며, 높이가 10 내지 300 nm인 세라믹돌기를 포함하는 복합분말; 및
바인더; 를 포함하는 전자파 차폐용 조성물로서,
상기 바인더는 실리콘계, 우레탄계, 페놀계, 비닐계, 아크릴계, 에폭시계, 고무계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 좋고,
상기 복합분말 100중량부에 대하여 상기 바인더가 5 내지 30 중량부로 포함되는 것이 좋다.
본 발명의 또 다른 측면으로,
전술한 전자파 차폐용 조성물을 도포한 후 건조시켜 구비되며, 두께가 30 내지 150 ㎛인 전자파 차폐필름이 있으며,
전자파 차폐필름의 두께는 상기 복합분말의 두께의 10 내지 50 배인 것이 좋고,
상기 복합분말은 상기 전자파 차폐필름 건중량의 86 내지 93wt%로 포함되는 것이 바람직하다.
또, 전술한 복합분말을 포함하는 제1전자파 차폐필름; 및
상기 제1차폐필름 상에 구비되며, 상기 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 복합분말을 포함하는 제2전자파 차폐필름을 포함하고,
상기 제1전자파 차폐필름과 상기 제2전자파 차폐필름은 서로 접합된 전자파 차폐시트가 제공될 수 있으며,
이 때, 상기 제1전자파 차폐필름 및 상기 제2전자파 차폐필름이 적층되어 형성되는 계면을 포함하며,
상기 제2전자파 차폐필름의 상기 계면에 인접한 영역에 포함된 상기 복합분말의 밀도는 상기 제1전자파 차폐필름의 상기 계면에 인접한 영역에 포함된 상기 복합분말의 밀도보다 높은 것이 좋다.
또한, 외부의 전자파를 차폐하는 전자파 차폐시트의 제조방법으로서,
Si 7 ~ 11 wt%, Al 3 ~ 8 wt% 및 잔부의 Fe을 포함하여 이루어지는 코어와, 상기 코어의 표면에 구비되며, Si, Ti 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 물질의 산화물, 붕화물, 질화물, 또는 붕질화물로 이루어지고, 높이가 10 내지 300 nm인 세라믹돌기를 포함하는 복합분말을 제조하는 복합분말 준비단계;를 포함하는 전자파 차폐시트 제조방법이 제공될 수 있고,
상기 복합분말 준비단계는 상기 코어의 표면에 세라믹 전구체를 초음파 처리하여 부착하는 단계를 포함하는 것이 좋으며,
상기 복합분말 준비단계 이후에, 상기 복합분말 100 중량부에 대하여 바인더 5 ~ 30 중량부 및 용제 100 ~ 200 중량부를 혼합한 후 교반하는 전자파 차폐용 조성물 제조단계를 더 포함하는 것이 바람직하고,
상기 복합분말과 바인더를 혼합한 전자파 차폐용 조성물을 이형필름 상에 상기 복합분말의 두께의 10 내지 50 배의 두께로 도포하여 전자파 차폐필름을 형성하는 단계를 포함하는 것이 좋다.
본 발명의 일 측면에 따른 전자파 차폐시트는 복합분말로 투자율이 높은 연자성 조성의 합금 코어를 포함하는 복합분말을 사용하고, 복합분말이 균일하게 분산되어 전자파 차폐시트의 전자파 흡수율이 높다.
또한, 복합분말의 표면을 절연성 및 소수성이 우수한 세라믹 물질로 표면처리해 세라믹돌기를 형성함으로써, 복합분말의 금속 코어간 전기적접속이 방지되어 절연성이 우수해지므로 외부로부터 흡수되는 전자파에 의해 발생된 와전류가 코어에 갇히게 되어 향상된 전자파 흡수효과를 가질 수 있다.
또한, 세라믹돌기가 나노미터 높이를 가지며 소수성 표면구조로 인해 전자파 차폐시트에서 연잎효과에 의한 발수성 및 방청효과가 우수하며, 내후성이 개선되는 유리한 효과를 갖는다.
또한, 세라믹 입자를 포함하는 세라믹돌기는 절연 코팅층 대비 외부의 충격에 대하여 균열이나 크랙이 잘 발생되지 않아 금속 코어의 산화를 경제적이고으로 방지할 수 있다.
또한, 세라믹돌기에 포함되는 세라믹입자들은 코어의 표면에서 입경의 정해진 범위의 간격으로 구비되어 코어의 표면에서 연잎효과에 의한 발수성을 향상시키면서 동시에 복합분말간의 접촉을 방지하여 절연성을 확보해 전자파 차폐용 조성물 및 필름에서 복합분말의 충진율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐 필름을 적층, 프레스하여 전자파 차폐시트를 제조하는 단계를 개략적으로 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 일 측면인 전자파 차폐시트의 제조방법을 개략적으로 나타낸 블록 다이어그램이다.
도 3은 코어의 표면 상에 세라믹입자의 부착 여부에 따른 표면구조를 촬영한 사진이다.
도 4는 코어에 표면에 분산되는 세라믹입자의 소수성 돌기 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
여기서 1) 첨부된 도면들에 도시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 개략적인 것으로 다소 변경될 수 있다. 2) 도면은 관찰자의 시선으로 도시되기 때문에 도면을 설명하는 방향이나 위치는 관찰자의 위치에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 3) 도면 번호가 다르더라도 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호가 사용될 수 있다.
4) '포함한다(comprise, comprises, comprising), 갖는다, 이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 5) 단수로 설명되는 경우 다수로도 해석될 수 있다. 6) 형상, 크기의 비교, 위치 관계 등이 '약, 실질적' 등으로 설명되지 않아도 통상의 오차 범위가 포함되도록 해석된다.
7) '~후, ~전, 이어서, 후속하여, 이때' 등의 용어가 사용되더라도 시간적 위치를 한정하는 의미로 사용되지는 않는다. 8) '제1, 제2, 제3' 등의 용어는 단순히 구분의 편의를 위해 선택적, 교환적 또는 반복적으로 사용되며 한정적 의미로 해석되지 않는다.
9) '~상에, ~상부에, ~하부에, ~옆에, ~측면에, ~사이에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우 '바로'가 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다. 10) 부분들이 '~또는'으로 전기적으로 접속되는 경우 부분들 단독뿐만 아니라 조합도 포함되게 해석되나, '~또는, ~중 하나'로 전기적으로 접속되는 경우 부분들 단독으로만 해석된다.
본 명세서에서 전자파 차폐란 전자파 흡수 및 전자파 반사를 포함하여 외부로부터 입사되는 전자파에 대하여 투과되는 전자파의 비율을 낮추는 효과를 포함하는 넓은 의미로 해석되고, 전자파 흡수 효과가 향상됨에 따라 전자파 차폐 효과 또한 직접적 또는 간접적으로 향상될 수 있는 것으로 이해된다.
본 발명의 일 측면은 외부에서 방사되는 전자파를 흡수할 수 있는 전자파 차폐용 조성물에 활용될 수 있는 복합분말로서, 전자파를 흡수할 수 있는 전자파 차폐용 조성물이란, 전자파의 반사 및 투과가 일어날 수 있으나 전자파의 흡수를 통한 전자파의 차폐 효과가 우수한 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 조성물을 의미한다. 전자파 차폐용 조성물은 복합분말 및 바인더를 포함하여 이루어진다.
복합분말은 금속 또는 합금을 포함하는 분말인 것이 좋으며, 외부로부터 방사되는 전자파를 흡수하여 자속을 발생시키고, 열에너지로 변환시켜 전자파의 손실을 유도함으로써 투과되는 전자파를 감소시키는 역할을 하고, 전기전도성 및 자성을 가지는 합금이 사용될 수 있다.
복합분말은 코어- 쉘(core-shell) 구조 또는 표면이 처리된 합금 코어를 갖는 합금입자가 사용될 수 있다. 합금 코어를 이루는 합금은 다양한 조성의 연자성 특성을 가지는 합금이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 Fe, Si, Al, Ni, Zn 및 Cu 중 적어도 하나 이상을 포함하는 합금이 사용될 수 있고, 연자성 페라이트(ferrite) 또는 Fe-Si-Al계 합금, 센더스트(Sendust)합금분말이 사용되는 것이 바람직하다.
연자성 합금을 코어로 사용하는 경우, 외부에서 인가되는 자계에 따라 자구의 배향이 쉽게 일어나 경자성 재료에 비해 훨씬 높은 투자율을 가지고, 외부 전자파의 주파수가 증가함에 따라 자구의 방향이 변화하는 속도가 빨라지는데, 이 때, 외부 전자파의 변화와 연자성 금속의 자화 방향 사이에 위상차가 발생하게 되므로, 투자율이 점차 감소하게 되는 현상이 발생하고, 이러한 과정에서 연자성 금속 소재의 내부에서 전기적인 저항이 발생하게 되어 전자파의 에너지가 열로 바뀌며 흡수될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로 코어로 Fe-Si-Al 조성의 합금을 사용하는 경우에는, 합금의 Si의 함량이 7 ~ 11 wt%, Al 함량이 3 ~ 8 wt%, 잔부가 Fe 로 구성되는 합금을 사용하는 것이 좋고, 바람직하게는 합금의 Si의 함량이 8 ~ 11 wt%, Al 함량이 4 ~ 7 wt% 및 잔부가 Fe 로 구성되는 합금을 사용하는 것이 좋다. 합금의 조성이 해당 범위를 벗어나는 경우 전자파 흡수 특성이 저하되는 문제가 있거나 경제성이 나빠질 수 있다.
위와 같은 조성의 사용 시 코어의 연자성 특성이 우수하고, 투자율이 높아 전자파 흡수 효과가 향상된다.
이 때, 합금에는 그 밖의 불가피한 불순물이 더 포함될 수 있으며, 불순물의 함량은 낮을 수록 좋으나, 1 wt% 미만으로 포함될 수 있고, 바람직하게는 0 내지 0.7 wt% 범위로 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.3 wt% 범위로 포함될 수 있다. 불순물의 함량이 해당 범위보다 높은 경우에는 전자파 흡수성능이 저하되거나 균일하지 않은 물성이 얻어질 수 있다.
코어의 형태는 제한되지 않으나, 판상(板狀), 박편 형태 또는 플레이크(flake)형태의 분말이 사용되는 것이 좋으며, 복합분말은 코어의 형태와 유사한 형태인 판상, 박편 또는 플레이크 형태로 이루어진다. 이러한 형태는 복합분말의 배열 및 적층구조의 형성에 유리하여 높은 밀도로 배열될 수 있으므로 전자파 차폐효과가 향상될 수 있고, 복합분말의 형태는 코어와 유사하므로, 코어간 또는 복합분말간의 접촉이 용이하고 분말 사이의 공간이 적게 형성되어 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
코어 및 복합분말이 판상, 박편 형태 또는 플레이크(flake)형태로 사용될 때, 평평하게 이루어지고 넓은 면적을 가지는 제1면이 서로 마주보도록 구비되며, 얇은 두께를 가지는 제2면이 제1면의 둘레에서 포함한다. 코어 입자의 입경은 판상, 박편 형태 또는 플레이크(flake)형태 분말에서 가장 긴 변의 길이로 측정되며 입경의 10㎛ 내지 150㎛, 바람직하게는 40㎛ 내지 80㎛의 크기인 것이 좋다. 코어의 입경이 해당 범위보다 작은 경우 코어 간 접촉이 원활하지 않아 전자파 흡수율이 저하되는 문제와 제조공정에서 수율이 낮은 문제가 있으며, 코어를 포함하는 복합분말들이 서로 응집되어 균일하게 분산되지 않는 문제가 있고, 코어의 입경이 더 큰 경우에는 전자파 차폐시트 제조 시 표면 균일도가 저하되어 제조공정 중 불량현상을 일으킬 수 있고, 복합분말 사이의 간격이 크게 형성될 수 있어 전자파의 흡수율이 감소하거나 전자파의 투과가 증가하는 문제점이 있다.
한편, 코어 또는 복합분말의 형상 및 분포상태는 전파흡수능에 영향을 미친다. 입사되는 전자파 파장보다 크기가 작은 전도체 입자 또는 분말이 유전체 내부에 분포되어 있는 경우, 각 전도체 분말 표면에서 creeping 및 회절(refraction)이 발생할 수 있다. 그 결과 입사파는 서로 위상이 다른 소파(wavelet)들로 산란하면서 상호간섭에 의해 일부가 소멸될 수 있다.
코어의 두께는 0.1㎛ 내지 10㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 5㎛인 것이 좋다.코어의 두께가 해당 범위보다 얇은 경우에는 코어의 기계적 물성이 약해져 전자파 차폐시트의 경도가 약해지거나 복합분말이 부서지는 문제가 있으며, 해당 범위보다 두꺼운 경우에는 전자파 차폐시트 내에서 코어를 포함하는 복합분말의 적층이 원활하게 이루어지지 않고 내부에 빈공간이 형성되어 전자파 차폐성능이 부족하거나 전자파 차폐시트가 불균일한 표면을 가지는 문제가 있다.
또한, 코어의 종횡비는 분말의 제1면의 장경 및 두께의 비율로 계산될 수 있고, 종횡비가 5 내지 50, 바람직하게는 7 내지 20 의 범위인 분말이 사용되는 것이 좋다.
종횡비가 해당 범위보다 큰 경우 슬러리 제조 중 점도가 급격히 상승하여 공정성에 문제가 있고, 해당 범위보다 작은 경우 코어가 가라앉아 시트의 물성이 불균일한 문제가 있다.
코어 입도는 Light Particle Scattering Analysis 입도분석 장치로 측정하였을 때, D10이 30±20㎛, D50이 60±20㎛, D90 이 150±20㎛ 인 것이 좋고, 바람직하게는 D10이 30±10㎛이고, D50이60±10㎛ 이며, D90이 150±10㎛ 인 것이 좋다.
코어의 입도는 균일할수록 복합분말이 균일하게 분산되어 배열될 수 있으므로 바람직하며, 입도가 해당 범위를 벗어나는 경우에는 코어 또는 복합분말들 사이의 배열이 불균일하게 형성되고 내부에 공간이 형성되거나 틈이 발생하여 전자파 흡수 효과가 저하되는 문제점이 있다.
또한, 복합분말의 입경이 달라짐에 따라 흡수할 수 있는 전자파의 주파수 대역이 제어될 수 있다.
코어는 전체 전자파 차폐시트 건중량의 80 내지 94wt% 로 포함되는 것이 좋으며, 바람직하게는 85 내지 92 wt% 로 포함되는 것이 좋다.
또한, 복합분말은 전체 전자파 차폐시트 건중량의 80 내지 95wt% 로 포함되는 것이 좋으며, 바람직하게는 86 내지 93 wt% 로 포함되는 것이 좋다.
전자파 차폐시트에 포함되는 코어 및 복합분말의 중량분율이 해당 범위보다 적은 경우에는 코어 및 복합분말이 시트에서 차지하는 비율이 낮아지므로 전자파 차폐효과가 저하되는 문제점이 있으며, 해당 범위보다 비율이 높은 경우에는 시트의 취성이 상승하여 기계적 강도가 저하되고, 코어 및 복합분말이 균일하게 분포되지 않아 전자파 차폐시트가 균일한 성능을 가지지 않는 문제가 있다.
복합분말은 표면에서 코어에 절연특성 및 소수성 특성을 부여하는 세라믹 입자를 포함하여 이루어지고, 세라믹입자는 나노미터 사이즈를 가지는 세라믹입자인 것이 좋다.
연자성 합금을 포함하는 코어는 복합분말의 균일한 분포, 표면에서의 방청효과, 복합분말간 전기적연결을 방지하기 위한 절연성을 확보하기 위하여 표면에 세라믹층 또는 세라믹돌기를 포함하는 것이 바람직하다.
이 때, 세라믹입자가 코어의 표면에서 층을 이룬다는 표현 또는 코어의 표면에 구비되는 세라믹층이라는 표현은 코어의 표면에 부착되는 복수개의 세라믹입자들이 코어의 표면에 분산되어 있는 구조를 포함하는 의미이며, 반드시 코어의 전체 표면을 일정한 두께를 가지며 덮거나 코어의 표면이 외부에 노출되지 않도록 구비되는 코팅층으로 한정되는 것은 아니다.
다만, 세라믹돌기의 높이가 코어의 입경에 비해 매우 작거나, 돌기의 간격이 치밀하게 형성되는 경우 세라믹돌기 구조를 세라믹층으로 표현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹층은 예를 들어, 코어의 표면의 일부 영역에 부착된 나노미터 크기의 세라믹입자들로 이루어지며, 이 때, 세라믹입자들은 서로 인접하게 구비되거나 서로 간격을 두고 코어 표면에 구비되어 코어의 표면이 외부에 노출될 수 있고, 전체적인 세라믹입자들의 분포는 균일하면서도 세라믹입자들 사이의 간격이 존재하여 코어의 표면에 세라믹입자가 돌출된 세라믹돌기가 형성되는 구조를 가질 수 있다.
한편, 세라믹돌기에 포함되는 세라믹입자는 코어의 표면에서 코어와 접촉되거나 코어의 표면에 부착되어 구비되는 것이 바람직하지만, 코어의 표면에 부착된 세라믹돌기 또는 세라믹입자 위에 적층되는 구조를 포함할 수 있다.
도 4는 코어에 표면에 구비되는 세라믹층 및 세라믹돌기의 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.
세라믹층은 코어의 표면에서 다양한 구조로 구비될 수 있으며, 예를들어 코어의 표면 일부 영역에서 세라믹입자가 서로 간격을 가지며 코어에 부착되어 돌출되는 세라믹돌기구조, 세라믹입자가 2 이상 서로 인접하도록 응집되며 코어의 표면에 분산되는 구조, 코어의 표면에서 세라믹입자가 조밀하게 구비되어 코어표면을 덮는 구조 또는 코어의 표면에서 세라믹입자가 1층 이상으로 적층되며 표면에서의 요철이나 돌출부 또는 돌기형태를 형성하는 구조 등이 가능하다.
한편, 복합분말의 표면에 구비되는 나노단위의 세라믹입자를 이루는 세라믹 물질로는 Si, Ti, Al 으로 이루어지는 군에서 선택되는 물질의 산화물, 붕화물, 질화물 또는 붕질화물이 포함될 수 있고, 표면처리된 복합분말은 예를 들어 표면에 실리카(silica 또는 SiO2)가 처리된 복합분말일 수 있다. 실리카는 복합분말의 표면에 세라믹입자 또는 응집체 형태로 부착될 수 있고, 복합분말의 표면에 코팅층으로 형성되어 코어-쉘 구조를 형성할 수도 있다.
복합분말에서 코어의 표면에 부착되는 세라믹입자의 입경은 10nm 내지 300nm 일 수 있으며, 바람직하게는 30nm 내지 100nm 인 것이 좋다. 세라믹입자의 입경이 해당 범위보다 작은 경우 방청 및 내후성이 크게 향상되지 않는 문제가 있고, 세라믹입자를 코어에 부착하는 경우 세라믹입자간 응집이 일어나거나 세라믹입자가 균일하게 분산되지 않는 문제가 있으며, 입경이 해당 범위보다 큰 경우 세라믹돌기 높이가 증가하여 표면에서 연잎효에 의한 발수성이 떨어지며, 복합분말의 충진율이 감소하므로 전자파 흡수효과가 감소하는 문제가 있다.
복합분말 코어의 표면에 처리된 세라믹입자를 포함하는 세라믹입자층은 복합분말의 표면을 소수성으로 변화시키므로 전자파 차폐시트의 표면이 소수성 및 발수성을 가지게 하여 물에 의한 부식 및 산화에 의한 녹의 발생을 방지할 수 있으며, 내후성을 향상시킨다.
이 때, 세라믹입자로 이루어지는 세라믹돌기의 높이는 세라믹입자의 입경과 동일한 범위인 10nm 내지 300nm 일 수 있으며, 바람직하게는 30nm 내지 100nm 인 것이 바람직하다.
이 때, 세라믹돌기의 높이(H)와 폭(W)의 비율을 돌기의 종횡비로 정의할 수 있으며, 돌기의 종횡비는 1:0.8 내지 1:2 인 것이 좋고, 바람직하게는 1:1 내지 1:1.5인 것이 좋다.
돌기의 종횡비가 해당 범위를 벗어나는 경우 복합분말의 표면에서 표면구조의 발수성이 저하되거나 돌기가 균일하게 형성되기 어려운 문제가 있을 수 있다.
또한, 복합분말의 표면의 실리카는 유기 바인더와의 결합력 및 친화도가 우수하여 복합분말이 바인더와 잘 배합되며, 균일하게 분산될 수 있도록 한다.
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판상 또는 플레이크 형태의 복합분말을 사용함으로 인하여 형성되는 쉘의 표면적의 증가와 함께, 복합분말 사이의 공간 전하 분극의 향상이 이루어질 수 있다.
또한, 복합분말의 표면에 형성되는 세라믹입자를 포함하는 세라믹입자층 또는 세라믹돌기는 절연 특성을 지니고, 비정질 상을 포함하여 형성될 수 있으며, 복합분말의 표면에서 유전율을 감소시키며, 복합분말 사이를 절연시킴으로써 외부 전자파에 의해 코어 내부에서 발생하는 와전류를 코어의 내부에 가둬둘 수 있다.
복합분말의 표면에 실리카와 같은 절연성의 세라믹입자가 세라믹돌기로 형성됨으로 인하여, 연자성 복합재(soft magnetic composites, SMCs)를 포함하는 전자파 차폐재가 얻어질 수 있다. 특히, 복합분말의 코어 표면에 형성된 절연성의 세라믹 나노입자로 인하여 전자파 차폐재의 밀도가 향상될 수 있고, 성형이 용이해지며, 포화자속밀도가 향상되어 투자율을 향상시킬 수 있다.
추가적으로, 복합분말의 표면에 존재하는 실리카는 복합분말의 표면적을 증가시킴으로써 표면에서의 복합분말간 상호작용을 증대시키고, 복합분말들이 조밀하고 높은 밀도의 입체 구조를 형성할 수 있도록 한다.
또, 본 발명에서는 세라믹입자를 코어의 표면에 형성시켜 세라믹입자층이 형성되며, 세라믹돌기의 표면구조로 인하여 연잎효과(Lotus-effect)를 통해 복합분말의 표면 발수 특성을 구현하였다. 연잎 위에서 물방울이 표면에 퍼지거나 흡수되지 않고 구형의 형태를 유지하면서 굴러 떨어지는 연잎효과는 물의 표면장력과 세라믹돌기 표면의 나노 구조 및 세라믹 성분이 가지는 소수성 특성으로 인해 나타나며, 복합분말의 표면에서 물방울의 접촉각은 90°내지 170°이고, 바람직하게는 100° 내지 160°인 것이 바람직하다.
물방울의 접촉각이 90° 미만인 경우 표면이 친수성이므로 방청효과가 떨어지는 문제가 있으며, 물방울의 접촉각이 170°이상인 경우 복합분말의 제조 비용이 상승하고 표면구조의 유지가 어려운 문제가 있다.
세라믹돌기에 포함되는 세라믹입자 사이의 평균간격은 세라믹입자 입경의 0 내지 50배 일 수 있고, 1배 내지 30 배인 것이 바람직하다. 세라믹입자 사이의 평균간격이 해당 범위보다 넓은 경우, 세라믹입자의 표면구조가 조밀하지 못하여 연입효과를 통한 발수특성이 좋지 않은 문제가 있으며, 세라믹입자의 평균간격이 해당 범위보다 좁은 경우, 세라믹입자의 밀도가 증가하여 복합분말 제조시 세라믹입자의 응집이 일어나거나 표면 부착률이 저하될 수 있고, 세라믹입자가 균일하게 분산되기 어려워지는 문제가 있을 수 있다.
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추가적으로, 복합분말 코어의 표면에 형성되는 세라믹층은 둘 이상의 층을 포함하여 이루어질 수 있다. 셀세라믹층에는 복합분말의 표면에 직접 형성되는 하부층 및 하부층 상에 구비되는 상부층이 포함될 수 있다. 하부층은 복합분말과 결합을 형성하거나 강한 인력을 가져 코어-쉘 유사한 구조를 형성하고, 상부층은 하부층 상에 형성되어 소수성의 표면특성을 향상시킬 수 있다.
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상부층과 하부층은 형성이 유리하고, 우수한 결합력을 위하여 Ti, Si, Al 으로 이루어진 군에서 선택되는 성분을 동일하게 포함하는 것이 바람직하다. 예를들어 하부층과 상부층의 조성은 제한되지 않으나, 하부층으로는 복합분말과 강한 인력을 가지는 아민기를 포함하는 APTES(3-Aminopropyltriethoxysilane) 또는 이로부터 유래되는 3-Aminopropyysilanetriol 을 포함할 수 있고, 상부층으로는 실리카가 포함될 수 있다.
바인더는 복합분말을 서로 결합시켜 형태를 유지할 수 있게하며, 전체적인 전자파 차폐시트의 물성 및 화학적 특성에 영향을 미친다. 바인더는 복합분말이 이탈되거나 서로 뭉쳐 균일하게 분산되지 않는 현상을 방지하기 위하여 복합분말과의 결합력이 우수하며, 복합분말을 잘 분산시킬 수 있는 것이 바람직하다.
바인더의 소재는 제한되지 않으나 유기 바인더가 사용되는 것이 바람직하며, 유기 바인더로는 실리콘계, 우레탄계, 페놀계, 비닐계, 아크릴계, 에폭시계, 고무계 수지 등이 사용될 수 있고, 바람직하게는 고무계 바인더가 사용되는 것이 좋다.
고무계 바인더는, 천연 고무, 폴리이소프렌, 폴리이소부틸렌, 부틸 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 클로리네이트 폴리에틸렌 고무(CPE), 에피클로로하히드린 고무(ECO), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM), 에틸렌-프로필렌 고무(EPM)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하는 중합체 또는 공중합체를 포함하여 이루어질 수 있다.
바인더는 전자파 차폐용 조성물에서 복합분말 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 8 내지 20 중량부로 포함되는 것이 좋다.
본 발명의다른 측면은 외부에서 방사되는 전자파를 흡수할 수 있는 전자파 차폐필름으로서, 전자파 차폐필름은 복합분말, 바인더를 포함하여 이루어지는 전자파 차폐용 조성물을 이형필름상에 일정한 두께로 도포한 이후 건조시켜 형성된다.
전자파 차폐필름은 30 내지 150 ㎛의 두께로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 100 ㎛의 두께로 형성되는 것이 좋다.
전자파 차폐필름의 두께는 복합분말의 두께와 대비할 때, 10 내지 50 배인 것이 좋고, 바람직하게는 15 내지 25배인 것이 좋다.
차폐필름의 두께와 복합분말의 두께 비율이 해당 범위보다 큰 경우 필름의 두께가 너무 두꺼워 내부의 용제가 남아 기포 및 표면 불량의 원인이 되며, 필름의 상부와 하부에서 복합분말의 밀도차이가 커지고, 균일한 분산이 어려우며, 배율이 너무 작은 경우 필름의 기계적 성질이 나쁘고 필름에 구멍이 형성되거나 찢어지는 등 하자가 발생할 수 있다.
전자파 차폐필름은 중력으로 인하여 하부에서와 상부에서 복합분말의 밀도가 다르게 나타날 수 있는데, 하부에서의 복합분말 밀도가 상부의 복합분말 밀도보다 높게 나타날 수 있으며, 그 비율은 1.0 내지 1.2 배, 바람직하게는 1.0 내지 1.08배인 것이 좋다. 상부와 하부에서의 밀도 차이가 해당 범위보다 큰 경우 복합분말의 분포가 불균일하여 전자파 흡수 효율이 저하되고, 경제성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
전자파 차폐필름의 건조중량(이하, 건중량)에서 복합분말이 차지하는 비율은 86 내지 93wt% 인 것이 바람직하다. 차폐필름 건중량 대비 복합분말의 비율이 해당 범위보다 많은 경우 무게가 증가하여 운반이 어렵고 경제성이 떨어지며, 복합분말의 비율이 해당 범위보다 작은 경우 전자파 흡수성능이 좋지 않을 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 외부에서 방사되는 전자파를 흡수할 수 있는 전자파 차폐시트로서, 전자파 차폐시트는 복합분말, 바인더를 포함하여 이루어지는 전자파 차폐필름 또는 전자파 차폐필름을 1장 이상 적층한 후 가압하여 제조될 수 있다.
도 1은 전자파 차폐필름의 적층에 따른 전자파 차폐시트의 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 전자파 차폐시트는 전자파 차폐필름의 두께 및 적층 수에 따라 다양한 두께로 얻어질 수 있다. 전자파 차폐시트의 용도, 크기, 조전자파 차폐성능 등의 다양한 조건에 따라 원하는 두께 및 중량의 전자파 차폐시트가 제조될 수 있으며, 1장의 전자파 차폐시트의 두께를 조절하는 방법 및 전자파 차폐시트의 적층 수를 조절하는 방법이 사용될 수 있다.
전자파 차폐시트는 30 내지 3000 ㎛ 두께로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 1000 ㎛ 두께로 형성되는 것이 좋다.
전자파 차폐시트의 두께가 해당 범위보다 얇은 경우 전자파 차폐 성능이 좋지 않으며, 기계적 성질이 부족한 문제가 있으며, 전자파 차폐시트의 두께가 해당 범위보다 두껍게 형성되는 경우 복합분말의 분산이 어려우며, 구부림이나 꺾임에 대한 저항성 및 유연성이 좋지 않고, 중량이 증가하여 다양한 분야에 활용되기 어려운 문제가 있다.
전자파 차폐시트의 투자율 실수부는 1MHz ~ 1.5GHz의 주파수 대역에서 100 내지 300, 바람직하게는 280 내지 300 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐시트는 내부에 존재하는 복합분말이 판상의 형태로 층층이 적층되는 구조를 가지며 배열되는 것을 특징으로 한다. 이러한 구조에서는 복합분말 간의 접촉지점이 증가하고 복합분말 사이의 빈공간 또는 빈틈이 거의 형성되지 않으면서 높은 밀도로 배열될 수 있으므로, 결과적으로 전자파 차폐시트의 전자파 차폐성능이 향상될 수 있다.
전자파 차폐시트는 전자파 차폐필름이 적층되어 형성되는 경우, 전자파 차폐필름의 사이에 형성되는 계면을 하나 이상 포함할 수 있다.
계면에서는 서로 다른 두 전자파 차폐필름이 서로 접하고, 계면의 상부에는 더 위에 적층된 전자파 차폐필름의 하부가 위치하고, 계면의 하부에는 아래에 적층된 전자파 차폐필름의 상부가 위치한다.
이 때, 전자파 차폐필름의 상부와 하부에서 복합분말의 밀도 차이가 존재하는 경우에, 전자파 차폐필름이 동일한 방향으로 적층되어 계면의 상부와 하부에서 복합분말의 밀도차이가 발생할 수 있고, 더욱 상세하게는 계면 상부의 복합분말의 밀도는 계면 하부의복합분말의 밀도보다 높을 수 있다.
전자파 차폐시트는 내부에 하나 이상의 계면을 포함할 수 있다. 전자파 차폐시트에 포함되는 복합분말들은 적층되는 구조로 배열되고, 인접하는 복합분말들의 제1면은 서로 평행하게 배열되는데, 이 때, 복수개의 복합분말의 표면에서 동시에 접하는 계면이 존재하고, 해당 계면을 관통하는 복합분말은 존재하지 않거나 계면에 인접하는 복합분말 중 0.1% 미만으로 존재한다.
즉, 계면은 전자파 차폐시트 내부에서 복합분말들의 표면이 형성하는 하나의 평면으로서, 계면의 상부 및 하부에서 인접하는 복수의 복합분말은 매우 높은 밀도로 배열되므로, 전자파차폐시트에서 상대적으로 밀도가 높은 영역을 형성하고, 해당 계면의 주변 영역에서는 높은 복합분말의 밀도로 인하여 투자율 및 전자파 흡수 효과가 향상된다.
계면에서의 복합분말의 밀도는 전체 전자파 차폐시트의 복합분말 밀도의 1.0배를 초과하고 1.05배 이하로 형성될 수 있다.
2장 이상의 전자파 차폐필름을 포함하여 이루어지는 전자파 차폐시트는 제1차폐필름 및 상기 제1차폐필름상에 적층되는 제2차폐필름을 포함할 수 있다.
이 때, 제1차폐필름과 제2차폐필름은 가압 공정을 포함하는 공정으로 처리되어 서로 접합될 수 있으며, 적층된 전자파 차폐필름은 서로 일체화된 시트로 구비된다. 제1차폐필름에 속한 제1복합분말과 상기 제2차폐필름에 속한 제2복합분말은 서로 분리된 층에 구비되어 전자파 차폐시트를 이룰 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐시트에 대하여 전자파 차폐시트에 평행한 다음의 가상의 평면을 정의할 수 있다. 가상의 평면은 전자파 차폐시트의 내부에 위치하며 전자파 차폐시트를 둘 이상의 영역으로 나누고, 전자파 차폐시트 내에 포함되는 복수개의 복합분말의 표면에서 접하는 평면이며, 이 때, 가상의 평면은 복합분말을 관통하지 않고, 복합분말이 가상의 평면을 관통하지도 않는 평면이다. 이러한 가상의 평면이 내부에 1개 이상 존재하도록 구성되는 전자파 차폐시트가 본 발명에서 제공될 수 있다.
본 발명의 제4측면은 전자파 차폐시트의 제조방법으로, 전자파 차폐시트의 제조방법은 도 2에 나타낸 바와 같이 복합분말 준비단계, 전자파 차폐용 조성물 제조단계, 전자파 차폐필름 형성단계 및 전자파 차폐필름 가압단계를 포함하여 구성될 수 있다.
복합분말 준비단계는 연자성 소재인 복합분말의 표면을 처리하여 소수성 표면을 가지는 복합분말을 제조하는 단계이다.
복합분말 준비단계는 복합분말을 얻기 위하여 합금 코어에 세라믹 전구체용액을 처리하여 세라믹입자를 포함하여 구비되는 세라믹입자층을 형성하는 단계를 포함한다. 전구체용액으로는 예를들어 TEOS(Tetraethyl ortho silicate) 또는 APTES (3-Aminopropyltriethoxysilane) 등의 실리카 전구체를 포함하는 용액이 사용될 수 있으며, 전구체 외에도 에탄올, 이소프로필알코올, 수산화암모늄 (ammonium hydroxide) 등의 화합물이 추가적으로 더 처리될 수 있다.
전구체용액 처리는 합금입자에 상기 전구체 용액을 투입한 후, 균일하게 혼합하고, Ultrasonic homogenizer(HUH-2000, HAN Tech社) 등의 장비를 이용하여 예를들어 60분 동안 1000 W, 20 kHz 조건에서 처리하는 것으로 진행될 수 있으며, 전구체 입자를 합금입자에 부착시킨 후 80℃ 대류오븐에서 30분 동안 건조시켜 세라믹입자를 포함하여 구비되는 세라믹입자층을 코어의 표면에 형성할 수 있다.
복합분말 준비단계에서는 코어의 표면에 세라믹입자를 포함하는 세라믹입자층을 형성하며, 이 때, 형성되는 세라믹입자층은 둘 이상의 층을 포함하여 상하부 적층 구조를 형성하거나 세라믹입자가 하나 이상의 층으로 적층되는 구조를 포함할 수 있다. 세라믹입자층은 상부층 및 하부층을 포함할 수 있으며, 상부층의 형성단계 및 하부층의 형성단계가 복합분말 준비단계에 추가적으로 포함될 수 있다.
전자파 차폐시트의 제조방법은 표면 처리된 복합분말을 열처리하는 열처리단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 열처리단계(annealing)는 복합분말의 초기투자율 및 최대투자율을 증가시키고, 자기 유도를 증가시키며, 온도의 증가에 따른 보자력(coercivity)을 감소시키기 위하여 이루어질 수 있다. 또한 열처리단계에서 형성되는 산화피막은 세라믹입자와 더불어 복합분말의 내후성을 향상시킬 수 있다. 열처리단계는 예를들어 상압 조건에서 200 내지 500℃의 온도로 0.1 내지 2시간동안 이루어질 수 있다.
열처리단계의 온도가 해당 범위보다 낮은 경우 투자율 증가효과가 적을 수 있어 전자파 흡수 효율이 떨어지고, 온도가 너무 높은경우 부반응이 일어나거나 필름의 형태가 변형되는 문제가 있을 수 있다.
열처리단계의 시간이 0.1 시간보다 짧은 경우 열처리 효율이 떨어져 투자율 증가가 일어나지 않고, 2시간보다 긴 경우 열변형, 부반응이 일어나는 문제가 있다.
전자파 차폐용 조성물 제조단계는 코어 및 세라믹입자층을 포함하는 구조의 복합분말과 바인더 및 용제를 혼합하는 단계이다. 용제의 종류는 제한되지 않으나 이후에 제거가 용이하도록 끓는점이 높지 않으면서 바인더 및 복합분말과 반응을 일으키지 않는 유기용제를 사용하는 것이 좋으며, 바람직하게는 톨루엔, n-헥세인, 자일렌, 메틸에틸케톤, 에틸아세테이트, 디메틸포름아마이드, N-메틸피롤리돈 등이 사용될 수 있다.
복합분말 100 중량부에 대하여 바인더는 5 ~ 30 중량부, 용제 100 ~ 200 중량부가 혼합되는 것이 좋으며, 바람직하게는 복합분말 100 중량부에 대하여 유기 바인더 8 ~ 20 중량부, 용제 120 ~ 140 중량부가 혼합되는 것이 좋다.
바인더의 배합량이 해당 범위보다 적은 경우 조성물의 점도가 떨어지고 복합분말이 균일하게 분산되지 않는 문제가 있으며, 바인더의 배합량이 많은 경우 복합분말의 밀도가 낮아져 전자파 흡수 효율이 감소하는 분제가 있다.
전자파 차폐용 조성물에는 분산제, 경화제, 경화촉진제, 충진제, 보강재, 가소제, 조색제, 소포제 등이 추가적으로 더 포함될 수 있으며, 통상의 기술자가 필름 또는 시트를 제조하거나 물성을 향상시키기 위하여 채택할 수 있는 첨가물이라면 전자파 차폐용 조성물에 포함될 수 있다. 이 때, 첨가제는 복합분말 100중량부 대비 0.1 내지 5 중량부 정도가 포함되는 것이 바람직하다.
첨가제가 너무 많이 포함되는 경우 복합분말에 의한 전자파 흡수 효과가 감소되는 문제가 있을 수 있고 너무 적은 경우 필름이나 시트의 물성이 열화하는 문제가 있다.
혼합물은 교반기에서 균일하게 혼합된 후, 진공 공전자전교반기에서 10 torr 이하의 압력 조건 하에서 50 ~ 100rpm 으로 1 ~ 10시간 동안 교반하여 슬러리 형태의 전자파 차폐용 조성물이 제조될 수 있다.
전자파 차폐필름 형성단계는 전자파 차폐용 조성물을 이용하여 필름 형태로 성형하는 단계이다. 전자파 차폐용 조성물은 이형재가 코팅된 고분자 필름, 예를들어 PET 필름 등의 이형필름의 일면에 도포하여 제조될 수 있으며, 복합분말 조성물은 가열 건조되어 일정한 두께의 필름 형태로 제조될 수 있다.
일 예시로, 이형필름으로 실리콘 이형제가 코팅된 PET 필름 상에 복합분말 조성물을 코터를 이용하여 코팅한 뒤, 1~6 m/min, 바람직하게는 1~4 m/min 정도의 속도로 이동하는 컨베이어 벨트에서 가열건조가 진행될 수 있다. 코팅 방법은 제한되지 않으며 나이프 코팅, 롤코팅, 캐스트 코팅, 캘린더 코팅 등 통상의 기술자가 당연히 채용할 수 있는 코팅 방식이 사용될 수 있으며, 코터 또한 콤마코터 등 다양한 형태가 사용될 수 있다.
전자파 차폐필름의 두께는 30 내지 150 ㎛로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 30 ~ 100㎛ 인 것이 좋다. 이 때, 전자파 차폐필름의 두께는 복합분말 두께의 10 내지 50 배인 것이 좋고, 바람직하게는 15 내지 25배인 것이 좋다. 전자파 차폐필름의 두께가 너무 두꺼운 경우, 내부의 용제가 남아 기포 및 표면 불량의 원인이 되며, 필름 상하부의 입자 밀도가 크게 차이나 차폐시트의 물성이 저하될 수 있다.
가열건조 조건은 제한되지 않으나 15 ~ 200℃, 바람직하게는 50 ~ 120 ℃ 조건에서 이루어질 수 있고, 시간은 5분 내지 50분, 바람직하게는 10분 ~ 20분 정도로 진행될 수 있다.
전자파 차폐필름 형성단계는 가열건조된 필름의 가장자리 부분을 절단 및 제거하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 제조된 전자파 차폐필름은 가장자리에서 바인더가 새어나오거나 두께가 균일하지 않는 등의 문제가 발생할 확률이 높으므로, 균일한 성질의 전자파 차폐필름을 얻기 위하여 필름의 4면을 일정 부분 제거하는 것이 바람직하다. 절단길이는 제한되지 않으나 4mm ~ 6mm인 것이 좋고, 바람직하게는 약 5mm인 것이 좋다.
전자파 차폐필름 가압단계는 제조된 전자파 차폐필름을 가압하여 전자파 차폐시트를 제조하는 단계이다. 전자파 차폐필름은 100 ~ 220℃, 바람직하게는 120 ~ 200℃ 로 예열된 열 프레스 기기에서 50 ~ 130 kgf/cm2 의 압력, 바람직하게는 60 ~ 100 kgf/cm2 의 조건으로 프레스 공정을 진행할 수 있다. 프레스 공정은 12분 ~ 90분 동안 진행될 수 있고, 바람직하게는 20 ~ 60분동안 진행되는 것이 바람직하다.
열프레스 공정시에 전자파 차폐필름은 1장이 투입될 수 있으며, 2장 이상 적층하여 프레스 공정을 진행할 수 있고, 바람직하게는 2 ~ 5장의 전자파 차폐필름을 적층하여 열프레스 하는 것이 바람직하다. 적층된 전자파 차폐필름 사이에 존재하는 공간, 틈, 공극 등은 도 1에 도시한 바와 같이 프레스 프레스공정에서 가압되어 제거될 수 있고, 높은 밀도의 전자파 차폐시트가 얻어질 수 있다.
2장 이상의 전자파 차폐필름이 적층되는 경우, 본 명세서에 기재된 전술한 복합분말을 포함하는 제1전자파 차폐필름과, 제1전자파 차폐필름의 상부에 적층되며, 전술한 복합분말을 포함하는 제2전자파 차폐필름이 전자파 차폐시트를 제조하기 위하여 적층될 수 있다.
제2전자파 차폐필름의 상부에는 추가적으로 전자파 차폐필름이 더 적층될 수 있다.
전자파 차폐필름이 적층된 이후 전자파 차폐시트로 제조된 이후에는 전자파 차폐필름 사이의 구분이 어려우나, 전자파 차폐필름의 내부 구조에 비추어 제1전자파 차폐필름과 제2전자파 차폐필름이 서로 접촉되는 계면을 정의할 수 있다.
제1전자파 차폐필름 및 제2전자파 차폐필름은 각각 하부에서의 복합분말 밀도가 상부보다 상대적으로 높거나 같을 수 있다.
전자파 차폐필름이 적층된 계면에서 복합분말의 밀도를 관찰하였을 때, 계면의 하부에 위치하는 제1전자파 차폐필름에서 계면에 인접하는 영역인 계면인접영역을 정의할 수 있으며, 계면인접영역은 전자파 차폐필름의 두께의 0.1 내지 0.5 배인 영역일 수 있다.
제1전자파 차폐필름의 계면인접영역과 제2전자파 차폐필름의 계면인접영역은 계면을 통하여 서로 인접하게 되며, 이 때, 상부에 위치하는 제2전자파 차폐필름의 계면인접영역에서의 복합분말 밀도는 제1전자파 차폐필름의 계면인접영역에서 복합분말 밀도대비 높을 수 있다.
특히, 계면의 상부에서 제2전자파 차폐필름의 계면인접영역의 경우 복합분말의 밀도가 높아 전자파 흡수 효율이 매우 우수하며, 상대적으로 밀도가 낮은 제1전자파 차폐필름의 계면인접영역과 접촉하며 전체 전자파 차폐시트의 복합분말 균일도가 향상되는 장점이 있다.
한편, 열프레스 공정이 종료된 후, 이어서 냉각프레스 공정이 이루어질 수 있다. 냉각프레스 공정은 0 ~ 25℃, 바람직하게는 5 ~ 15℃의 온도조건에서 이루어질 수 있다.
냉각프레스 공정은 50 ~ 130 kgf/cm2 의 압력, 바람직하게는 60 ~ 100 kgf/cm2 의 조건으로 이루어질 수 있으며, 열 프레스 공정과 동일한 압력으로 이루어질 수 있다.
냉각프레스 공정은 7분 내지 60분간 이루어질 수 있고, 바람직하게는 10분 ~ 40분 동안 진행되는 것이 좋다.
<실시예>
실시예 1 - 전자파 차폐시트의 제조
Fe 84.0 wt%, Si 10.0 wt%, Al 6.0 wt% 의 센더스트 필러를 볼밀(Ball-mill)을 이용하여 판상으로 가공한 후, 센더스트 분말 코어 100 g 에 대하여 TEOS 5% 용액 7 g, 이소프로필알콜 3 g 을 첨가하고 APTES 98% 수용액을 0.1g 더 첨가하여 Ultrasonic homogenizer를 이용하여 60분 동안 1000 W, 20 kHz 조건에서 반응을 진행시킨 후 80도 대류오븐에서 30분 동안 건조시켜 세라믹입자로 표면처리된 복합분말을 얻었다.
이후, 표면처리된 복합분말 100 중량부에 대하여 유기 바인더로 스티렌-부타디엔 고무 를 13 중량부로 투입하고, 톨루엔 130 중량부와 혼합하여 진공 공전자전교반기을 사용하여 2.5torr 압력 조건에서 60 rpm 으로 2시간동안 교반하여 전자파 차폐용 조성물을 수득하였다.
수득한 전자파 차폐용 조성물을 30㎛의 두께를 갖는 실리콘 이형제로 코팅된 PET 필름 상에 콤마코터를 이용하여 도포하였으며, 2 m/min의 속도로 이동하는 컨베이어 벨트에서 60 ℃ 로, 20분간 가열 건조하여 70㎛의 두께를 갖는 필름을 제조하였다.
이후 가열건조된 전자파 차폐필름의 4면 가장자리를 5mm 길이로 절단하여 제거하였으며, 절단된 전자파 차폐필름을 3 장을 적층하여 160 ℃로 예열된 열프레스 기기에 넣고 60 kgf/cm2의 압력에서 60분 동안 열프레스 진행하였다.
열프레스 이후 이어서 15 ℃로 냉각된 냉각프레스 기기에 투입한 후 60 kgf/cm2의 압력으로 30 분 동안 가압하여 전자파 차폐시트를 제조하였다.
실시예 2 내지 3
전자파 차폐용 조성물의 제조시 복합분말 100 중량부에 대하여 유기 바인더를 각각 9 중량부, 18 량부로 투입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 전자파 차폐시트를 제조하였다.
실시예 4 내지 5
복합분말 제조시 전구체용액으로 TEOS 5% 용액 14 g, 이소프로필알콜 3 g, APTES 98% 수용액 0.1 g 을 처리하고, 전자파 차폐필름의 형성시 두께가 각각 30㎛, 100㎛ 가 되도록 전자파 차폐용 조성물을 코팅하고 각각 6장, 2장을 적층하여 프레스한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 전자파 차폐시트를 제조하였다.
실시예 6
전구체용액으로 TEOS 5% 용액 4 g, 이소프로필알콜 3 g, APTES 98% 수용액 0.1 g 을 처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 전자파 차폐시트를 제조하였다.
실시예 7 내지 8
복합분말의 표면처리시 Ultrasonic homogenizer의 출력을 각각 300 W, 2000 W로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 전자파 차폐시트를 제조하였다.
<비교예>
비교예 1
복합분말의 표면처리를 하지 않고 전자파 차폐용 조성물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 전자파 차폐시트를 제조하였다.
비교예 2
전자파 차폐필름을 적층하지 않고 1장씩 프레스 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 전자파 차폐시트를 제조한 후 3 장의 전자파 차폐필름를 겹쳐 가압하였다.
비교예 3 내지 4
복합분말 제조시 전구체용액으로 TEOS 5% 용액을 각각 21g, 3g 처리하고, 전자파 차폐용 조성물의 제조시 복합분말 100 중량부에 대하여 유기 바인더를 각각 5 중량부, 40 중량부로 투입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 전자파 차폐시트를 제조하였다.
실시예 1 내지 8, 비교예 1 내지 4의 결과를 아래 표 1 및 표 2에 정리하였다.
실시예 복합분말 조성물
복합분말(g) 바인더 종류 바인더함량 (g) 용제 종류 용제 함량 (g) 전구체 함량 (g)
실시예 1 100 SBR수지 13 톨루엔 130 7
실시예 2 100 SBR수지 9 톨루엔 130 7
실시예 3 100 SBR수지 18 톨루엔 130 7
실시예 4 100 SBR수지 13 톨루엔 130 7
실시예 5 100 SBR수지 13 톨루엔 130 7
실시예 6 100 SBR수지 13 톨루엔 130 14
실시예 7 100 SBR수지 13 톨루엔 130 7
실시예 8 100 SBR수지 13 톨루엔 130 7
비교예 1 100 SBR수지 13 톨루엔 130 -
비교예 2 100 SBR수지 13 톨루엔 130 7
비교예 3 100 SBR수지 5 톨루엔 130 7
비교예 4 100 SBR수지 40 톨루엔 130 7
실시예 전자파 차폐필름 두께 (㎛) 전자파 차폐시트 두께 (㎛) 복합분말 표면처리 초음파 출력(kW) 세라믹입자 입경 (nm) 세라믹입자 평균간격 (nm)
실시예 1 71 103 ○ 1 44 100~300
실시예 2 74 112 ○ 1 45 100~300
실시예 3 67 94 ○ 1 50 100~300
실시예 4 31 95 ○ 1 55 100 이하
실시예 5 100 105 ○ 1 55 100 이하
실시예 6 69 98 ○ 1 62 500~1,000
실시예 7 70 101 ○ 0.3 49 100 이하
실시예 8 70 101 ○ 2 53 100 이하
비교예 1 72 105 없음 - - -
비교예 2 36 108 ○ 1 28 100~300
비교예 3 75 110 ○ 1 50 50 이하
비교예 4 51 77 ○ 1 50 2,500~3,000
(세라믹입자 입경 및 간격에 대한 실시예 및 비교예를 일부 추가하였습니다.)
<실험예>
실험예 1 - 전자파 차폐시트의 투자율 측정
투자율 실수부를 측정하기 위하여 임피던스 분석기(Impedance Analyzer : Agilent E4991A)와 투자율 측정 치구 (Agilent 16454A)를 이용하여 내경 6.5mm, 외경 18mm의 도넛 형태의 전자파 차폐 시편를 제조하여 측정치구에 삽입한 후, 3 MHz 대역에서의 투자율을 측정하였다.
실험예 2 - 전자파 차폐시트의 방청성 및 내습성 평가
전자파 차폐 시트의 방청성능을 측정하기 위하여 실험예 1과 같이 전자파 차폐 시편을 제조하여 염수분무 테스트기에 35℃, NaCl 5 wt%, 72시간동안 방치 후 시편 표면의 녹물, 반점을 관찰하여 산화 유/무를 평가하였다.
내습성을 측정하기 위하여 실험예 1과 같이 전자파 차폐 시편을 제조하여 항온항습 테스트기에 85 ℃, 85 %RH 조건으로 96 시간동안 방치 후 실험예 1과 같은 방법으로 투자율을 측정하였다.
투자율
(실수부, μ')		 방청성 평가
(반점 유/무)		 내습성 평가 후 투자율 (실수부)
실시예 1 273 무 273
실시예 2 261 무 261
실시예 3 249 무 227
실시예 4 269 무 269
실시예 5 253 무 231
실시예 6 220 무 220
실시예 7 254 유 213
실시예 8 189 유 137
비교예 1 280 유 231
비교예 2 155 무 155
비교예 3 197 유 166
비교예 4 78 무 78
전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 복합분말
2 : 코어
3 : 세라믹입자층
4 : 세라믹돌기
10 : 전자파 차폐필름
20 : 전자파 차폐시트
S10 : 복합분말 준비단계
S20 : 전자파 차폐용 조성물 제조단계
S30 : 전자파 차폐필름 형성단계
S40 : 전자파 차폐필름 가압단계

Claims (18)

  1. 철(Fe), 규소(Si) 및 알루미늄(Al)을 포함하는 조성의 합금을 포함하는 판상, 박편 또는 플레이크 형태이고, D90이 150±20㎛인 코어; 및
    상기 코어 상에 구비되며, Si, Ti 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 물질의 산화물, 붕화물, 질화물, 또는 붕질화물로 이루어지고, 높이가 10 내지 300 nm이고 높이와 폭의 비율이 1:0.8 내지 1:2인 세라믹돌기;
    를 포함하는, 발수성을 갖는 전자파 차폐용 복합분말.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자파 차폐용 복합분말의 표면에서 물방울의 접촉각은 90°내지 170°인 전자파 차폐용 복합분말.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 합금은,
    상기 Si를 7 ~ 11 wt%, 상기 Al을 3 ~ 8 wt% 및 Fe를 잔부로 포함하는 합금인 전자파 차폐용 복합분말.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹돌기는 상기 코어의 표면 상에 세라믹입자가 적어도 1층 이상 적층되어 구비되는 전자파 차폐용 복합분말.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코어의 D50 이 60±20 ㎛인 전자파 차폐용 복합분말.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 전자파 차폐용 복합분말; 및
    바인더; 를 포함하는 전자파 차폐용 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 바인더는 실리콘계, 우레탄계, 페놀계, 비닐계, 아크릴계, 에폭시계 및 고무계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하는 전자파 차폐용 조성물.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전자파 차폐용 복합분말 100중량부에 대하여 상기 바인더가 5 내지 30 중량부로 포함되는 전자파 차폐용 조성물.
  9. 제6항의 전자파 차폐용 조성물을 도포한 후 건조시켜 구비되며, 두께가 30 내지 150 ㎛인 전자파 차폐필름.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전자파 차폐필름의 두께는 상기 전자파 차폐용 복합분말의 두께의 10 내지 50 배인 전자파 차폐필름.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전자파 차폐용 복합분말은 상기 전자파 차폐필름 건중량의 86 내지 93wt%로 포함되는 전자파 차폐필름.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 전자파 차폐용 복합분말을 포함하는 제1전자파 차폐필름; 및
    상기 제1전자파 차폐필름 상에 구비되며, 상기 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 전자파 차폐용 복합분말을 포함하는 제2전자파 차폐필름을 포함하고,
    상기 제1전자파 차폐필름과 상기 제2전자파 차폐필름은 서로 접합된 전자파 차폐시트.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1전자파 차폐필름 및 상기 제2전자파 차폐필름이 적층되어 형성되는 계면을 포함하며,
    상기 제2전자파 차폐필름의 상기 계면에 인접한 영역에 포함된 상기 전자파 차폐용 복합분말의 밀도는 상기 제1전자파 차폐필름의 상기 계면에 인접한 영역에 포함된 상기 전자파 차폐용 복합분말의 밀도보다 높은 전자파 차폐시트.
  14. 외부의 전자파를 차폐하는 전자파 차폐시트의 제조방법으로서,
    Si 7 ~ 11 wt%, Al 3 ~ 8 wt% 및 잔부의 Fe을 포함하여 이루어지는 판상, 박편 또는 플레이크 형태이고, D90이 150±20㎛인 코어의 표면에 세라믹 전구체를 초음파 처리하여, 상기 코어의 표면에, Si, Ti 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 물질의 산화물, 붕화물, 질화물, 또는 붕질화물로 이루어지고, 높이가 10 내지 300 nm이고 높이와 폭의 비율이 1:0.8 내지 1:2인 세라믹돌기를 부착하는 단계를 포함하여 제1항에 따른 전자파 차폐용 복합분말을 제조하는 복합분말 준비단계;를 포함하는 전자파 차폐시트 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복합분말 준비단계 이후에, 상기 전자파 차폐용 복합분말 100 중량부에 대하여 바인더 5 ~ 30 중량부 및 용제 100 ~ 200 중량부를 혼합한 후 교반하는 전자파 차폐용 조성물 제조단계를 더 포함하는 전자파 차폐시트 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전자파 차폐용 복합분말과 바인더를 혼합한 전자파 차폐용 조성물을 이형필름 상에 상기 복합분말의 두께의 10 내지 50 배의 두께로 도포하여 전자파 차폐필름을 형성하는 단계를 포함하는 전자파 차폐시트 제조방법.








  17. 삭제
  18. 삭제
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