KR102611932B1 - 자기 특성이 우수한 영구자석 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 Nd계 영구자석을 대체할 수 있는 고효율의 교환 자기력을 이용한 영구자석 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

자기 특성이 우수한 영구자석 및 이의 제조방법{PERMANENT MAGNET WITH EXCELLENT MAGNETIC PROPERTY AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 자기 특성이 우수한 영구자석 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
원자의 전자 껍데기에 전자가 쌍을 이루지 못하여 완전히 채워지지 않을 경우(예를 들어, 철), 핵 주위를 회전하는 전자로 인해 자성을 지니게 되는데, 물질을 구성하는 원자들이 동일한 방향으로 정렬되어 있지 않아 자성의 총합은 제로이다. 일반적으로 영구자석이라 함은 자성을 띠는 물질 내부의 원자들에 방향성을 주어 만드는데, 영구자석에 이용되는 경자성이라 불리는 재료(즉, 경자성체)는 포화자화가 낮아 외부 자기장에 대해 자기화가 쉽게 이루어지지 않으나, 높은 보자력을 지녀 외부 자기장을 제거해도 원자들이 방향성을 가지고 정렬된 상태를 유지한다. 이러한 높은 보자력 때문에 일단 원자들이 외부 자기장에 정렬한 후에는 지속적으로 자기력선을 방출하기 때문에, 경자성 물질이 영구자석으로 이용된다.
최근 영구자석의 발전으로 인해, 모터나 액슈에이터 등의 부품뿐 아니라, 강력한 자기장이 필요한 전자석이 이용하고 있다. 전자석의 자심에 이용되는 연자성이라 불리는 재료(즉, 연자성체)란 포화자화가 아주 높아, 외부 자기장에 대해 자기화는 아주 쉽게 이루어지나, 낮은 보자력으로 외부 자기장을 제거하였을 때 전류자기가 거의 없는 물질을 말한다.
현재 널리 이용되는 Nd계 희토류 자석은 고효율임에도 불구하고 원소의 희소성 등의 단점으로 인해 새로운 대체 자석이 요구되고 있고, 이러한 시점에서 연자성체와 경자성체의 복합 박막구조를 이용할 경우, 두 개의 서로 다른 연/경자성체 물질의 계면에 일어나는 교환 자기력(exchange-coupling)이 희토류 자석보다 높은 효율을 나타내어 최근 급격히 연구가 진행되고 있다.
교환 자기력은 E.F.Kneller가 제안하였는데, 높은 포화 자화를 지닌 연자성체와 경자성체를 나노미터 정도로 번갈아 박막 형태로 증착하여 제작한다. 강한 외부 자기장으로 두 물질의 자기 스핀을 모두 한 방향으로 정렬하게 한 후, 반대방향으로 외부 자기장을 걸어주면 연자성체의 스핀은 외부 자기장 방향으로 정렬하나, 경자성체 계면에는 일부 연자성체의 물질의 스핀이 외부 자기장 방향으로 변하지 않고 계속 반대방향으로 정렬한 상태를 유지하는데, 외부 자기장이 제거되어도 이러한 높은 포화 자화를 지닌 연자성체의 스핀방향은 변하지 않는다. 이로 인해, 높은 자기장을 가진 영구자석을 만들 수 있다는 원리이다.
이러한 교환 자기력의 효과를 보기 위한 임계 크기는 각각의 연자성체 및 경자성체 박막의 두께를 약 10~30㎚로 보고되고 있다. 문제는 교환 자기력은 높은 자성을 갖지만, 나노미터 크기인 2개의 서로 다른 박막을 적층하여 제작하므로 수㎜ 이상의 벌크(bulk) 형태로 제작하기에는 적층하는데 장시간이 소요되어 전기 자동차 등에 이용되는 대형 모터에 이용이 불가능하다.
한국 공개공보 제1991-0003696호
본 발명의 일 측면은, 종래의 Nd계 영구자석을 대체할 수 있는 고효율의 교환 자기력을 이용한 영구자석 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은, 비교적 단시간에 용이하게 교환 자기력을 이용한 영구자석을 벌크한 크기로 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 과제는 전술한 내용에 한정하지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구라도 본 발명 명세서 전반에 걸친 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는 데 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면은,
경자성 박막 및 연자성 박막이 교대로 적층된 제1 블록;
제1 블록 상에 배치되며, 경자성 박막 및 연자성 박막이 교대로 적층된 제2 블록; 및
상기 제1 블록과 제2 블록의 사이에 구비된 블록간 폴리머층을 포함하는, 영구자석을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 측면은,
제1 기판 상에 경자성 박막 및 연자성 박막을 교대로 적층하여 제1 블록을 형성하는 단계;
제2 기판 상에 경자성 박막 및 연자성 박막을 교대로 적층하여 제2 블록을 형성하는 단계; 및
상기 제1 블록의 제1 기판에 대향하는 최외측 박막과, 상기 제2 블록의 제2 기판에 대향하는 최외측 박막 사이에 블록간 폴리머층을 형성하여 제1 블록과 제2 블록을 접합하는 단계;를 포함하는, 영구자석의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 종래의 Nd계 영구자석을 대체할 수 있는 고효율의 교환 자기력을 이용한 영구자석 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 비교적 단시간에 용이하게 교환 자기력을 이용한 영구자석을 벌크한 크기로 제조할 수 있고, 이로 인해 전기 자동차 등에 이용되는 대형 모터에도 바람직하게 이용할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 예시적인 영구자석의 구조를 나타낸 것으로서, 도 1(a), 도2(a) 및 도 3(a)는 제1 기판 및 보호층이 제거되기 전의 구조를 나타내고, 도 1(b), 도 2(b) 및 도 3(b)는 제1 기판(1) 및 보호층(101)이 제거된 후의 구조를 나타낸다.
도 4는 제1 기판 상에 제1 블록을 형성한 후의 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 5는 제1 블록의 제1 기판에 대향하는 최외측 박막 상에 폴리머 용액을 도포함으로써 블록간 폴리머층을 형성하는 과정을 통해 제조되는 구조를 나타낸 것이다.
도 6은 제2 기판 상에 제2 블록을 형성한 후의 구조를 모식적으로 나타내었다.
도 7은 블록간 폴리머층을 형성하여 제1 블록과 제2 블록을 접합하는 과정을 모식적으로 나타낸 것이고, 도 7(a)는 접합하기 전의 구조를 나타내고, 도 7(b)는 접합된 후의 구조를 나타낸다.
도 8은 에칭액을 사용하여 제2 기판을 제거하는 과정을 나타낸 것으로서, 도 8(a)는 제2 기판을 제거하기 전의 구조를 나타내고, 도 8(b)는 제2 기판의 제거 후의 구조를 나타낸다.
도 9는 추가 블록으로서 제3 블록을 형성하는 과정을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일례에 해당하는 블록간 폴리머층의 형성 과정을 (a) 내지 (d)의 순서로 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일례에 해당하는 제2 기판으로서, 폴리 이미드 필름 및 상기 폴리 이미드 필름의 상면 및 하면 상에 각각 구비된 실리콘 감압 접착제층(Pressure sensitive adhesive layer)을 포함하는 적층체를 이용하여, 영구자석을 제조하는 경우를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 12는 기판의 이송 속도에 따른 자기 특성의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 비교예 1과 실시예 1에서의 자기박막의 자성 특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 교환 자기력을 이용한 영구자석에 관한 것으로서, 박막을 블록(block) 형태로 제작하고 이들을 접합하여 벌크한 크기로(예를 들어, 수㎜ 이상의) 일반 영구 자석 크기로 제작함으로써, Nd계 자석을 대체함은 물론 효율면에서도 보다 우수한 영구자석을 제작하는 방법을 제공하고자 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
[영구자석]
본 발명의 일 측면은,
경자성 박막 및 연자성 박막이 교대로 적층된 제1 블록;
제1 블록 상에 배치되며, 경자성 박막 및 연자성 박막이 교대로 적층된 제2 블록; 및
상기 제1 블록과 제2 블록의 사이에 구비된 블록간 폴리머층을 포함하는, 영구자석을 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 제1 블록은 경자성 박막 및 연자성 박막이 교대로 적층될 수 있고, 예를 들어 상기 제1 블록은 경자성 박막 및 연자성 박막이 교대로 반복적으로 적층될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제2 블록은 상기 제1 블록 상에 배치되고, 경자성 박막 및 연자성 박막이 교대로 적층될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 블록은 제1 블록 상에 배치되고, 경자성 박막 및 연자성 박막이 교대로 반복적으로 적층될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 상기 경자성 박막 및 연자성 박막이 교대로 반복적으로 적층된다는 의미는, 경자성 박막을 먼저 형성하고, 상기 경자성 박막 상에 연자성 박막을 적층한 후, 이어서 반복적으로 경/연자성 박막을 교대로 적층하는 것을 포함한다. 혹은, 연자성 박막을 먼저 형성하고, 상기 연자성 박막 상에 경자성 박막을 적층한 후, 이어서 반복적으로 연/경자성 박막을 교대로 적층하는 것도 포함한다.
한편, 각 블록에 있어서, 경자성 박막과 연자성 박막을 교대로 적층하는 부분이 일부라도 포함되어 있으면 충분하고, 연자성 박막-연자성 박막으로 적층된 부분이 일부 포함되거나, 경자성 박막-경자성 박막으로 적층된 부분이 일부 포함된다고 해서 본 발명의 범위를 벗어나는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 각 블록에 있어서, 적층된 경자성 박막 및 연자성 박막의 합계 층수는 적어도 2개 이상이어야 하고, 본 발명의 목적이 수㎜ 이상의 벌크한 형태의 영구자석을 제공하기 위한 것이라는 점에서 층수의 상한은 높을수록 바람직하므로 이를 제한하지 않을 수 있다.
다만, 후술하는 제조공정 상의 단계를 최소화하기 위한 공정 상의 이점을 고려하여, 각 블록에 있어서, 적층된 경자성 박막 및 연자성 박막의 합계 층수는 10~2,000개일 수 있고, 바람직하게는 50~1,000개일 수 있고, 보다 바람직하게는 100~200개일 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 각 블록에 있어서, 교대로 적층된 경자성 박막 및 연자성 박막은 5회 내지 1,000 회 반복하여 교대로 적층될 수 있다. 교대로 적층되는 반복 회수를 상기 범위로 함으로써, 목적하는 수㎜ 이상의 벌크한 형태의 영구자석을 비교적 단시간에 효율적으로 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 각 블록의 두께는 500㎚~50㎛ 범위일 수 있고, 보다 바람직하게는 1~10㎛ 범위일 수 있다. 본 발명에 있어서, 각 블록 두께를 500㎚~50㎛ 범위로 함으로써 공정 상의 효율을 극대화시켜서 비용 저감의 측면에서 바람직하다.
본 발명에 있어서, 전술한 연자성 박막은 당해 기술분야에서 일반적으로 알려진 연자성 물질(즉, 연자성체)을 사용하여 형성될 수 있고, 전술한 경자성 박막은 당해 기술분야에서 일반적으로 알려진 경자성 물질(즉, 경자성체)을 사용하여 형성될 수 있는 것으로, 연자성 물질 및 경자성 물질은 특히 제한되지 않는다.
예를 들어, 상기 연자성 물질로는 Fe 등을 사용할 수 있고, 상기 경자성 물질로는 Fe-Ni 합금, Fe-Co 합금, 또는 Nd2Fe14B 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 영구자석의 교환 자기력은 두께가 ㎚ 단위인 경자성 박막과 연자성 박막을 교대로 반복적으로 적층함으로써 형성될 수 있고, 이러한 경자성 박막과 연자성 박막의 적층은 경자성 물질과 연자성 물질을 사용하여 당해 기술분야에서 일반적으로 알려진 스퍼터링법을 이용한 증착 등의 방법으로 제조할 수 있는 것으로, 그 제조 공정이 특히 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 상기 경자성 박막 및 연자성 박막의 두께는 각각 사용되는 재료(즉, 경자성 재료 혹은 연자성 재료)에 따라 다르게 설정될 수 있고, 교환 자기력의 효율을 향상시킬 수 있는 최적의 박막 두께를 적절히 선택할 수 있다. 따라서, 상기 경자성 박막 및 연자성 박막의 두께는 특별히 한정되지 않는다.
다만, 본 발명의 일례로서, 상기 경자성 박막의 두께는 2~50㎚ 범위일 수 있고, 상기 연자성 박막의 두께는 10~20㎚ 범위일 수 있고, 혹은 보다 바람직하게 경자성 박막의 두께는 25~50㎚ 범위일 수 있고, 연자성 박막의 두께는 10~20㎚ 범위일 수 있다. 본 발명에 있어서, 경자성 박막과 연자성 박막을 전술한 두께 범위로 제어함으로써, 교환 자기력이 형성되기 위한 임계 크기를 충족하여 자성 효율이 우수한 영구자석을 유효하게 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 영구자석은 상기 제1 블록과 제2 블록의 사이에 구비된 블록간 폴리머층을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제1 블록과 제2 블록의 사이뿐만 아니라, 블록들 사이에 형성된 폴리머층을 모두 '블록간 폴리머층'이라 지칭한다. 이러한 블록간 폴리머층은 제1 블록과 제2 블록을 서로 접합시키는 접착층으로서의 역할을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 영구자석은 상기 블록간 폴리머층 및 제1 블록을 포함하는 적층체의 측면 상에 구비된 외부 폴리머층을 더 포함할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 외부 폴리머층은 전술한 적층체의 측면 상에 구비됨으로써 후술하는 제조과정 중에 사용되는 에칭액으로부터 블록을 보호하는 보호층으로서의 역할을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 영구자석은 상기 블록간 폴리머층, 제1 블록 및 제2 블록을 포함하는 적층체의 측면, 상면 또는 이들 모두에 구비된 외부 폴리머층을 더 포함할 수 있다. 이렇듯 외부 폴리머층을 더 포함함으로써, 후술하는 제조과정 중에 사용되는 에칭액으로부터 각 블록들을 보호할 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 상기 외부 폴리머층은 상기 블록간 폴리머층, 제1 블록 및 제2 블록을 포함하는 적층체의 측면 상에만 구비되는 것이 영구자석의 자성 효율 향상의 측면에서 보다 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기 블록간 폴리머층 및 외부 폴리머층은 각각 독립적으로 접착성 폴리머를 주된 성분으로 포함할 수 있고, 혹은 접착성 폴리머로 이루어질 수 있다. 다만, 본 명세서에 있어서, 블록간 폴리머층 및/또는 외부 폴리머층이 접착성 폴리머층으로 이루어져 있다는 의미는, 제조 과정 중에 불가피하게 포함되는 불순물을 포함할 수 있고, 이러한 불순물을 제외하고 접착성 폴리머층으로만 이루어진 것을 뜻한다.
본 발명에 따르면, 상기 접착성 폴리머로는 당해 기술분야에서 접착성을 가지는 것으로 알려진 폴리머를 제한없이 사용할 수 있고, 특히 전술한 접착층 및 보호층으로서의 역할을 수행할 수 있는 것이라면 모두 적용 가능하다. 즉, 블록간 폴리머층 및 외부 폴리머층에 포함되는 폴리머로는, 전술한 블록간 폴리머층이 접착층으로서의 역할을 수행하기 위해 접착성이 우수함과 동시에, 전술한 외부 폴리머가 후술하는 기판 및 광경화성 폴리머 박막의 제거 공정에서 사용되는 에칭액 등으로부터 블록을 보호하기 위한 보호층으로서의 역할도 동시에 수행하기 위해 에칭액인 불산 및 유기용매 등에 대한 내식성이 우수한 재료를 선택할 수 있다.
일례로서, 상기 접착성 폴리머는 탄화수소계 폴리머일 수 있다. 구체적으로, 탄화수소계 폴리머가 포함된 폴리머 용액을 블록들 사이에 도포한 후 건조시킴으로써 블록간 폴리머층이 형성될 수 있고, 이에 따라 각 인접한 블록들을 용이하게 접합할 수 있다.
상기 외부 폴리머층을 형성하는 방법은 특히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 상기 폴리머 용액을 전술한 적층체의 측면, 상면 또는 이들 모두에 구비되도록 도포한 후 이를 건조시킴으로써 외부 폴리머층을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 탄화수소계 폴리머란, 탄소(C)와 수소(H)를 주된 원소로 구성되는 폴리머를 의미하고, 혹은 폴리머를 구성하는 추가의 원소로서 산소(O), 질소(N), 황(S) 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 탄화수소계 폴리머의 비제한적인 예로는 올레핀계 폴리머를 포함하고, 혹은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리부텐-1, 폴리이소부틸렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 수소화폴리이소프렌, 수소화폴리부타티엔, 수소화폴리부텐-1, 수소화폴리이소부틸렌, 말단 수소화폴리이소부틸렌, 시클로올레핀 호모폴리머, 시클로올레핀 코폴리머, 테르펜수지, 수소화시클로올레핀 호모폴리머, 수소화시클로올레핀 코폴리머 및 수소화테르펜수지 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 예를 들어 상기 탄화수소계 폴리머로서 폴리머 글루를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 블록간 폴리머층의 두께 및 외부 폴리머층의 두께는 각각 독립적으로 0.01~0.1㎛(즉, 0.01㎛ 이상 0.1㎛ 이하)일 수 있다. 한편, 보다 바람직하게는, 상기 블록간 폴리머층의 두께 및 외부 폴리머층의 두께 하한은 각각 독립적으로 0.02㎛일 수 있다. 또한, 상기 블록간 폴리머층의 두께 및 외부 폴리머층의 두께 상한은 각각 독립적으로 0.05㎛일 수 있다. 상기 블록간 폴리머층의 두께 및 외부 폴리머층의 두께를 0.01㎛ 이상으로 제어함으로써, 전술한 접착층 및 보호층으로서의 기능을 유효하게 발휘할 수 있고, 상기 블록간 폴리머층의 두께 및 외부 폴리머층의 두께를 0.1㎛ 이하로 제어함으로써 각 블록 간의 자성에 영향을 미치지 않는 고효율의 영구 자석을 효과적으로 얻을 수 있다. 이 때, 상기 블록간 폴리머층의 두께란, 각 블록의 사이에 구비되는 블록간 폴리머층에 대하여 수직방향(또는 적층방향)으로 최단 거리를 측정한 값을 나타낸다.
또한, 외부 폴리머층이 적층체의 측면 상에 구비된 경우, 상기 외부 폴리머층의 두께란, 전술한 바와 같은 각 블록 및 블록간 폴리머층 등을 포함하는 적층체의 측면에서부터 외부 폴리머층의 표면까지 수직한 방향으로 최단 거리를 측정한 값을 나타낸다. 한편, 외부 폴리머층이 적층체의 상면 상에 구비된 경우, 상기 외부 폴리머층의 두께란, 상기 적층체의 상면으로부터 외부 폴리머층의 표면까지 수직방향(또는 적층방향)으로 최단 거리를 측정한 값을 나타낸다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 영구자석은, 상기 제2 블록 상에 배치되며, 경자성 박막 및 연자성 박막이 교대로 적층된 적어도 하나의 추가 블록; 및
상기 제2 블록과 추가 블록의 사이 및 상기 추가 블록이 2 이상인 경우 추가 블록들의 사이에 각각 구비된 블록간 폴리머층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 영구자석이 추가 블록을 더 포함하는 경우, 상기 적층체는 예를 들어, 제3 블록을 더 포함할 수 있고, 혹은 상기 적층체는 추가 블록을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 추가 블록이 2 이상인 경우, 상기 적층체는 상기 블록간 폴리머층, 제1 블록, 제2 블록, 최상의 블록을 제외한 추가 블록을 포함할 수 있다. 즉, 자성 효율의 확보 측면에서 최상의 블록의 측면 및 상면에는 외부 폴리머층이 구비하지 않는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 영구자석은 상기 제2 블록 상에 배치되며, 경자성 박막 및 연자성 박막이 교대로(혹은 교대로 반복적으로) 적층된 제3 블록을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 영구자석은 제1 블록; 제2 블록; 제3 블록; 및 각 블록의 사이에 구비된 블록간 폴리머층;을 포함할 수 있다. 즉, 상기 영구자석이 상기 제3 블록을 포함하는 경우, 제1 블록과 제2 블록 사이에 제1 블록간 폴리머층이 구비될 수 있고, 제2 블록과 제3 블록 사이에 제2 블록간 폴리머층이 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 영구자석이 상기 제3 블록을 포함하는 경우, 상기 제1 블록, 제1 블록간 폴리머층, 제2 블록, 제2 블록간 폴리머층을 포함하는 적층체의 측면 상에 구비된 외부 폴리머층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 영구자석에 있어서, 총 블록의 개수(제1 블록, 제2 블록 및 추가 블록이 구비되는 경우에는 추가 블록도 포함)는 2개 이상일 수 있고, 그 상한에 대해서는 크기가 클수록 대형으로 제작할 수 있으므로 별도로 한정하지 않을 수 있다. 다만, 전기 자동차의 대형 모터 등에 바람직하게 사용되기 위한 적정 크기로 조절한다는 관점에서, 총 블록의 개수는 2~10,000개일 수 있고, 보다 바람직하게는 2~5,000개일 수 있고, 가장 바람직하게는 2~1,000개일 수 있다. 본 발명에 따르면, 전술한 바와 같이 총 블록의 개수를 제어함으로써, 종래의 교환 자기력을 이용한 영구자석이 마이크로 모터에만 이용될 수 있던 문제를 해결하고, 수㎜ 이상의 벌크한 형태로 교환 자기력을 이용한 영구자석을 제조할 수 있고, 이에 따라 전기 자동차 등의 대형 모터에도 바람직하게 적용 가능해진다.
예를 들어, 상기 제1 블록 및 제2 블록에 더하여, 추가 블록으로서, 제3 블록, 제4 블록, 제5 블록, 제6 블록 등을 순차로 더 포함할 수 있고, 이는 수㎜ 크기(두께)를 가지는 영구자석이 제조될 때까지 반복하여 제n 블록까지 더 포함할 수 있다. 또한, 인접한 블록들의 사이에는 블록간 폴리머층을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 n은 3 이상의 정수를 나타내고, 바람직하게 상기 n은 3~10,000의 정수일 수 있고, 보다 바람직하게 3~5,000의 정수일 수 있고, 가장 바람직하게 3~1,000의 정수일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제n 블록까지 더 포함한다는 의미는 제3 블록으로부터 순차로 포함하여, 제n 블록까지 더 포함할 수 있다는 의미이고, 예를 들어, 상기 n=3인 경우는 상기 영구자석이 블록으로서 제1 블록, 제2 블록 및 제3 블록을 포함한다는 의미이다. 또한, 상기 n=5인 경우는 제3 블록으로부터 제5 블록까지 순차로 더 포함한다는 의미이고, 이에 따라 상기 영구자석은 블록으로서 제1 블록, 제2 블록, 제3 블록, 제4 블록 및 제5 블록을 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 영구자석이 추가 블록으로서 제n 블록까지 더 포함하는 경우, 각 인접한 블록들의 사이에 구비되고, 제1 블록 내지 제n 블록의 각 블록 상에 구비되는 블록간 폴리머층으로서, 각각 제1 블록간 폴리머층 내지 제n 블록간 폴리머층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 블록 내지 제n 블록; 및 제1 블록간 폴리머층 내지 제n 블록간 폴리머층을 포함하는 적층체의 측면, 상면, 또는 이들 모두에 구비되는 외부 폴리머층을 더 포함할 수 있다. 또한, 영구자석의 자성 효율 확보 측면에서, 바람직하게 상기 외부 폴리머층은 상기 적층체의 측면 상에만 구비될 수 있다.
혹은, 본 발명에 따르면, 상기 영구자석이 추가 블록으로서 제n 블록까지 더 포함하는 경우, 각 인접한 블록들의 사이에 구비되고, 제1 블록 내지 제n-1 블록의 각 블록 상에 구비되는 블록간 폴리머층으로서, 각각 제1 블록간 폴리머층 내지 제n-1 블록간 폴리머층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 블록 내지 제n-1 블록; 및 제1 블록간 폴리머층 내지 제n-1 블록간 폴리머층을 포함하는 적층체의 측면, 상면, 또는 이들 모두에 구비되는 외부 폴리머층을 더 포함할 수 있다. 또한, 영구자석의 자성 효율 확보 측면에서, 바람직하게 상기 외부 폴리머층은 상기 적층체의 측면 상에만 구비될 수 있다.
한편, 전술한 제1 블록 및 제2 블록과 마찬가지로, 상기 추가의 블록 역시 각각 경자성 박막 및 연자성 박막이 교대로(혹은 교대로 반복적으로) 적층된 구성을 가지고, 이 때, 경자성 박막, 연자성 박막, 블록, 블록간 폴리머층 및 외부 폴리머층등에 대해서는 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.
본 발명의 예시적인 영구자석의 구조를 도 1 내지 도 3에 모식적으로 나타내었다. 구체적으로, 도 1(a), 도2(a) 및 도 3(a)는 후술한 제1 기판(1) 및 보호층(101)의 제거 공정에 의해 제거되기 전의 영구자석의 구조를 나타내고, 도 1(b), 도 2(b) 및 도 3(b)는 제1 기판(1) 및 보호층(101)이 제거된 후의 영구자석의 구조를 나타낸다.
즉, 본 발명에 따른 영구자석은 경자성 박막(11)과 연자성 박막(12)을 교대로 적층한 제1 블록(21); 경자성 박막(11)과 연자성 박막(12)을 교대로 적층한 제2 블록(22); 및 상기 제1 블록(21)과 제2 블록(22)의 사이에 구비되는 블록간 폴리머층(31)[혹은, 제1 블록간 폴리머층]을 포함할 수 있다.
또한, 상기 영구자석은 제2 블록(22) 상에 구비되고, 각각 경자성 박막(11)과 연자성 박막(12)을 교대로 적층된 추가 블록들(23, 24)을 더 포함할 수 있고, 제2 블록(22) 및 제3 블록(23)의 사이에 블록간 폴리머층(32)[혹은, 제2 블록간 폴리머층]을 포함할 수 있다.
한편, 도 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 각 블록을 구성하는 경자성 박막(11) 및 연자성 박막(12)은 교대로 반복적으로 배치될 수 있고, 이때 도 1 내지 3에서 도면부호의 표시는 생략하였다.
또한, 도 1 내지 3에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 영구자석은 도 1(b)와 같이, 적층체의 상면 상 및 측면 모두에 구비되는 외부 폴리머층(100)을 포함할 수도 있고, 도 2(b)와 같이, 외부 폴리머층을 포함하지 않을 수도 있으며, 도 3(b)와 같이, 적층체의 측면 상에만 구비되는 외부 폴리머층(100)을 포함할 수도 있다. 다만, 영구자석의 자성 효율 및 에칭액으로부터 블록을 보호하기 위한 측면에서, 도 3(b)가 가장 바람직한 형태이다.
한편, 본 발명의 영구자석은 블록간 폴리머층의 일면이 경자성 박막(11)과 인접하고, 타면이 연자성 박막(12)과 인접하도록 배치될 수 있다. 상기 각 블록간 폴리머층의 상면이 연자성 박막과 인접하고, 각 블록간 폴리머층의 하면이 경자성 박막과 인접하거나, 혹은 상기 각 블록간 폴리머층의 상면이 경자성 박막과 인접하고, 각 블록간 폴리머층의 하면이 연자성 박막과 인접하도록 서로 상호적으로 박막을 배치하는 것이 바람직하다. 이렇듯, 각 블록간 폴리머층을 기준으로 상하면에 인접하는 박막들의 재료를 상호적으로 선택함으로써, 블록간 폴리머층을 각 블록들 사이에 배치하더라도 인접한 블록들 간의 자성에 악영향을 미치지 않고, 우수한 교환 자기력을 갖는 영구자석을 효과적으로 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현례에 따르면, 상기 영구자석의 하면 상에 구비되는 제1 기판(1)을 더 포함할 수 있다. 혹은, 본 발명의 일 구현례에 따르면, 상기 영구자석의 하면 상에 구비되는 보호층(혹은, 제1 보호층)(101)을 더 포함할 수 있다. 혹은, 본 발명의 일 구현례에 따르면, 상기 영구자석의 하면 상에 구비되고, 기판 표면에 보호층(101)이 형성된 제1 기판(1)을 더 포함할 수도 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 상기 영구자석은 상기 제1 기판(1) 및/또는 보호층(101)을 포함할 수도 있고, 포함하지 않을 수도 있다. 다만, 본 발명의 바람직한 일례는 상기 보호층 및 제1 기판을 모두 포함하지 않는 경우이다.
전술한 제1 기판 및 보호층을 포함하는 영구자석의 모식적인 구조를 도 1(a), 도 2(a) 및 도 3(a)에 나타내었다. 즉, 도 1(a) 내지 도 3(a)는 전술한 도 1(b) 내지 도 3(b)의 각 영구 자석의 하부에, 기판 표면에 보호층(101)[혹은, 제1 보호층]이 형성된 제1 기판(1)이 구비된 것을 나타낸 것이다.
본 발명의 일 구현례에 따르면, 기판 표면에 보호층(101)이 형성된 제1 기판(1)이 제1 블록(21)의 하부에 구비될 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 상기 보호층은 광경화성 폴리머층이거나, 혹은 폴리이미드층일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 보호층이 광경화성 폴리머층인 경우, 상기 광경화성 폴리머층은 광경화성 폴리머를 60% 이상 포함할 수 있고, 바람직하게는 80% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상 포함할 수 있다. 혹은, 상기 광경화성 폴리머층은 제조 과정 중에 불가피하게 포함되는 불순물을 제외하고, 광경화성 폴리머로만 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 광경화성 폴리머는 빛(광)을 이용하여 경화 가능한 폴리머라면 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용 가능하고, 바람직하게는 UV 경화성 폴리머를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 광경화성 폴리머로는 티오렌, 폴리우레탄, 우레탄 아크릴레이트 수지 등을 들 수 있고, 혹은 에폭시, 에폭시 실란, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴산 및 메타크릴산 타입의 모노머/코모노머/프리폴리머를 베이스로 하는 수지 등을 포함할 수 있다. 대표적인 예로서, 제품 NOA81 및 NOA60와 같은 상표 NOA(상표) Norland Optical Adhesive 아래에 Norland Optics에 의해 판매되고 있는 제품;"Dymax Adhesive and light curing systems"의 범위 Dymax에 의해 판매되고 있는 제품;"UV adhesives"의 범위 Bohle에 의해 판매되고 있는 제품;및 상품명 SR492 및 SR499 아래에 Sartmer에 의해 판매되고 있는 제품 등을 광경화성 폴리머로서 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 보호층을 구성하는 성분으로서 전술한 광경화성 폴리머를 사용함으로써, 후술하는 제조 과정에서 제2 기판 또는 추가 기판으로서 유리 기판을 사용할 경우, 유리 기판 내에 광이 투과할 수 있고, 이에 따라 광경화성 폴리머가 포함된 폴리머 용액에 광이 용이하게 도달할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 형성되는 광경화성 폴리머층의 전 표면에 대하여 광이 균일하게 전달되어, 표면 특성이 양호한 광경화성 폴리머층을 형성할 수 있게 된다.
혹은, 본 발명에 따르면, 상기 보호층이 폴리이미드층인 경우, 상기 폴리이미드층은 폴리이미드를 60% 이상 포함할 수 있고, 바람직하게는 80% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상 포함할 수 있다. 혹은, 상기 폴리이미드층은 제조 과정 중에 불가피하게 포함되는 불순물을 제외하고, 폴리이미드로만 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 보호층을 구성하는 성분으로서 폴리이미드를 사용함으로써, 후술하는 제조 과정에서 제2 기판 또는 추가 기판으로서 유기 기판을 사용할 경우, 에칭액의 사용 없이도 박막의 변형을 일으키지 않는 범위의 열처리를 행하여 비교적 용이하게 상기 보호층을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 보호층의 두께는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 1~10㎛ 범위일 수 있고, 보다 바람직하게는 2~3㎛일 수 있다. 상기 보호층의 두께를 전술한 범위로 함으로써, 에칭 등의 기판 제거 공정 중에 인접한 블록을 효과적으로 보호할 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 상기 제1 기판은 실리콘 기판 또는 유리 기판일 수 있고, 보다 바람직하게는 상기 제1 기판은 실리콘 기판(혹은 실리콘 웨이퍼)일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 기판은 기판 표면에 광경화성 폴리머 박막이 형성된 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제1 기판의 두께는 0.01~0.7㎜일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.01~0.1㎜일 수 있다. 한편, 상기 제1 기판의 두께를 0.01㎜ 이상으로 함으로써 블록의 지지 효과를 유효하게 발휘하여 제1 기판 상에 제1 블록을 안정적으로 형성할 수 있고, 상기 제1 기판의 두께를 0.7㎜ 이하로 함으로써 후술하는 제1 기판의 제거 공정에서 용이하게 제1 기판을 제거할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 제2 블록 상에 추가 보호층(혹은, 제2 보호층)이 더 포함될 수 있다. 즉, 영구자석에 대하여 하부에서 상부를 향하여, 제1 블록, 블록간 폴리머층, 제2 블록, 추가 보호층이 순차로 배치될 수 있다.
예를 들어, 제3 블록이 더 포함되는 경우, 제2 블록; 및 제2 블록과 제3 블록의 사이에 구비되는 블록간 폴리머층(혹은, 제2 블록간 폴리머층);의 사이에, 추가 보호층(혹은, 제2 보호층)이 구비될 수 있다. 이때, 전술한 추가 보호층에 대해서는 전술한 보호층에 대한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.
혹은, 본 발명에 따르면, 추가 블록이 포함되는 경우, 상기 블록간 폴리머층의 하면 상에 인접하여 구비되는 추가 보호층을 더 포함할 수 있다. 따라서, 추가 블록이 2 이상인 경우에는 각 블록간 폴리머층의 하면 상에 인접하여 구비되는 추가 보호층을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 영구자석이 제4 블록까지 구비하는 경우, 상부 방향으로, 제1 기판, 제1 보호층, 제1 블록, 제1 블록간 폴리머층, 제2 블록, 제2 보호층, 제2 블록간 폴리머층, 제3 블록, 제3 보호층, 제3 블록간 폴리머층, 제4 블록의 순서로 적층될 수 있다. 한편, 상기 제1 기판 및 제1 보호층 중 적어도 하나는 제조 과정에서 제거되어, 최종 영구자석에서 포함되지 않을 수 있다.
마찬가지로, 본 발명에 따르면, 영구자석이 제1 블록으로부터 제n 블록까지 포함할 경우, 선택적으로 제2 블록 내지 제n 블록의 각 인접한 블록들 사이에는 보호층 및 블록간 폴리머층을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 각 인접한 블록들의 사이 부분에 있어서, 상부방향(또는 적층방향)으로 추가 보호층과 추가 블록간 폴리머층이 순차로 적층될 수 있다.
예를 들어, 상기 영구자석이 제1 블록 내지 제n 블록을 포함할 경우, 인접한 블록들 사이에 구비되고, 제2 블록 내지 제n 블록까지의 각 블록 상에 순차로 추가 보호층 및 추가 블록간 폴리머층이 적층될 수 있다. 이때, 제2 블록 상에는 제2 보호층 및 제2 블록간 폴리머층이 순차로 구비되고, 제n 블록까지 각 블록 상에 제n 보호층 및 제n 블록간 폴리머층이 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 영구자석에 있어서, 최상의 블록의 상면 상에는 추가 보호층을 더 포함할 수 있다. 한편, 전술한 최상의 블록이란, 만일 영구자석이 제1 블록으로부터 제n 블록까지 포함하는 경우에는 제n 블록을 의미하고, 만일 제1 블록과 제2 블록만이 존재하는 경우에는 제2 블록을 의미한다.
본 발명에 따르면, 전술한 최상의 블록 상에 다른 추가 보호층이 구비될 수도 있고, 구비되지 않을 수도 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 전술한 최상의 블록 상에 구비되는 다른 추가 보호층 상에, 추가 기판이 구비될 수 있고, 추가 기판이 구비되지 않을 수도 있다.
본 발명에 따르면, 추가 기판(혹은, 제2 기판)은 전술한 제1 기판과 동일한 것을 사용할 수도 있고, 제1 기판과 상이한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 추가 기판(혹은, 제2 기판)은 유리 기판일 수 있다.
혹은, 상기 추가 기판(혹은, 제2 기판)으로서, 폴리 이미드 필름 및 상기 폴리 이미드 필름의 상면 및 하면 상에 각각 구비된 실리콘 감압 접착제층(Pressure sensitive adhesive layer)을 포함하는 적층체(300)(또는, 하기 도 11(d)와 같이, 폴리 이미드 필름(111) 등이 제거된 후에는, 실리콘 감압 접착제층(112)만을 의미할 수도 있음)를 사용할 수 있다.
한편, 특별히 한정하는 것은 아니나, 상기 추가 기판(혹은, 제2 기판)의 두께는 바람직하게는 1㎜ 이하일 수 있고, 추가 기판은 얇으면 얇을수록 좋으므로 그 하한은 별도로 한정하지 않을 수 있다.
다만, 본 발명의 비제한적인 일례로서, 상기 추가 기판은 0.01~0.7㎜인 것이 보다 바람직하고, 상기 추가 기판의 두께를 0.01㎜로 함으로써 제조 과정 중에 기판 상에 적층되는 블록을 안정적으로 지지할 수 있고, 추가 기판의 두께를 0.7㎜ 이하로 함으로써 이러한 기판의 제거 공정에서 기판을 용이하게 제거될 수 있다.
본 발명에 따른 영구자석은 그 두께가 수㎜ 범위일 수 있고, 구체적으로는 1~50㎜ 범위일 수 있고, 보다 바람직하는 1~10㎜ 범위일 수 있다. 영구자석의 크기가 전술한 범위를 충족함으로써 전기 자동차 등의 대형 모터에 유효하게 적용 가능해진다.
이하에서는 본 발명에 의한 영구자석을 제조하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. 다만, 후술하는 제조방법은 전술한 영구자석을 제조하기 위한 일 예시일 뿐이고, 본 발명에 의한 영구자석이 반드시 본 제조방법에 의해서만 제조되어야 한다는 것은 아니며, 어떠한 제조방법이라도 본 발명의 청구범위를 충족하는 방법이라면 본 발명의 각 구현례를 구현하는데 아무런 문제가 없다는 것에 유의할 필요가 있다.
[영구자석의 제조방법]
본 발명의 또 다른 일 측면에 의하면,
제1 기판 상에 경자성 박막 및 연자성 박막을 교대로 적층하여 제1 블록을 형성하는 단계;
제2 기판 상에 경자성 박막 및 연자성 박막을 교대로 적층하여 제2 블록을 형성하는 단계; 및
상기 제1 블록의 제1 기판에 대향하는 최외측 박막과, 상기 제2 블록의 제2 기판에 대향하는 최외측 박막 사이에 블록간 폴리머층을 형성하여 제1 블록과 제2 블록을 접합하는 단계;를 포함하는, 영구자석의 제조방법이 제공된다.
상기 영구자석의 제조방법에 있어서, 제1 기판, 제2 기판(또는 추가 기판), 블록, 경자성 박막, 연자성 박막, 블록간 폴리머층 및 보호층(또는 추가 보호층) 등에 대해서는 영구자석과 관련하여 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 기판(또는 제2 기판) 상에 경자성 박막과 연자성 박막을 교대로 적층하여 제1 블록(또는 제2 기판)을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 경자성 박막과 연자성 박막은 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 스퍼터링법 등에 의한 증착을 이용하여 적층될 수 있고, 적층 방법이 특히 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에 따르면, 영구자석에서 전술한 바와 같이, 상기 제1 블록의 형성은, 경자성 박막과 연자성 박막을 교대로(또는 교대로 반복적으로) 적층함으로써 수행될 수 있다. 한편, 상기 제2 블록의 형성 역시 마찬가지이다.
상기 제1 블록 및/또는 제2 블록을 형성할 때, 각 블록에 있어서 경자성 박막 및 연자성 박막이 적층되는 층수나 두께는 영구자석에 관한 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전술한 제1 기판 및 제2 기판은 표면에 보호층을 형성하지 않고 영구 자석의 제조 과정 중에 그대로 이용될 수도 있고, 혹은 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나는 기판 표면에 보호층이 형성된 것일 수도 있다.
일례로서, 상기 제2 기판으로서, 전술한 폴리 이미드 필름 및 상기 폴리 이미드 필름의 상면 및 하면 상에 각각 구비된 실리콘 감압 접착제층(Pressure sensitive adhesive layer)을 포함하는 적층체를 이용하는 경우에는, 상기 보호층을 제2 기판의 표면에 형성하지 않고도, 본 발명에서 목적하는 영구 자석을 제조할 수 있다.
혹은, 또 다른 일례로서, 상기 제1 기판 및 제2 기판으로서, 기판 표면에 보호층이 코팅된 시판품을 사용할 수 있다. 이에, 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나의 기판 표면에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 상기 제1 기판 상에 경자성 박막 및 연자성 박막을 교대로 적층하여 제1 블록을 형성하는 단계 이전에, 상기 제1 기판 상에 보호층(혹은 제1 보호층)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제2 기판 상에 경자성 박막 및 연자성 박막을 교대로 적층하여 제2 블록을 형성하는 단계 이전에, 상기 제2 기판 상에 추가 보호층(혹은 제2 보호층)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 일레로서, 본원 도 4에 제1 기판 상에 제1 블록을 형성한 후의 구조를 모식적으로 나타내었고, 도 6에 제2 기판 상에 제2 블록을 형성한 후의 구조를 모식적으로 나타내었다.
구체적으로, 도 4는 제1 기판(1); 보호층(101)[혹은, 제1 보호층(101)]; 및 경자성 박막(11) 및 연자성 박막(12)이 교대로 반복적으로 적층된 제1 블록(21);이 순차로 적층된 구조를 나타낸다. 또한, 도 6은 제2 기판(2); 추가 보호층](102)[혹은, 제2 보호층]; 및 경자성 박막(11) 및 연자성 박막(12)이 교대로 반복적으로 적층된 제2 블록(22);이 순차로 적층된 구조를 나타낸다.
한편, 본 발명에 따르면, 전술한 바와 같이, 제1 기판(또는 제2 기판) 상에 보호층(또는 추가 보호층)을 형성함으로써, 제1 기판(또는 제2 기판) 상에 적층되는 블록들을 기판에 용이하게 접착시킬 수 있을 뿐만 아니라, 후술하는 기판의 제거 공정 시에 사용되는 에칭액 또는 열처리 등으로부터 인접한 블록을 보호할 수 있고, 동시에 기판 제거 공정에서 용이하게 기판을 블록으로부터 제거할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 제1 기판 상에 보호층을 형성하는 단계는, 제1 기판 상의 일부면에 보호층이 구비되어 있으면 충분하다. 예를 들어, 제1 기판의 상면에 보호층이 구비되도록 형성될 수도 있고, 혹은 제1 기판의 상면, 하면 및 측면을 포함하는 모든 면에 제1 보호층이 구비되도록 형성될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 전술한 기판 상에 보호층을 형성하는 단계는, 기판 표면에 광경화성 폴리머 또는 폴리이미드를 포함하는 용액을 도포하여 건조(또는 경화)시킴으로써 수행될 수 있다.
이 때, 상기 광경화성 폴리머 또는 폴리이미드를 포함하는 용액을 도포하는 방법은 당해 기술분야에서 통상적으로 사용하는 방법을 제한 없이 적용 가능하다. 예를 들어, 상기 제1 기판 상에 상기 광경화성 폴리머 또는 폴리이미드를 포함하는 용액을 도포하여 건조 또는 경화시킴으로써 보호층을 형성시킬 수도 있다. 혹은, 제1 기판을 상기 광경화성 폴리머 또는 폴리이미드를 포함하는 용액에 담구어서 기판의 모든 표면에 상기 광경화성 폴리머 또는 폴리이미드를 포함하는 용액으로 이루어진 층이 형성(코팅)되도록 한 후에, 건조 또는 경화시킴으로써 보호층을 얇게 형성시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 광경화성 폴리머 또는 폴리이미드를 포함하는 용액은 광경화성 폴리머 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나와, 용매를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 보호층을 형성하기 위해, 광경화성 폴리머를 포함하는 용액을 도포하여 경화시키는 경우에는, UV 램프를 사용하여 경화하는 방법을 이용할 수 있고, 구체적으로 UV 램프를 사용하여 1~30분 동안 경화시킬 수 있고, 바람직하게는 2~3분 동안 경화시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 제2 기판 상에 추가 보호층을 형성하는 단계는, 제2 기판 상의 일부면에 추가 보호층이 구비되어 있으면 충분하다. 구체적으로, 제2 기판의 상면, 하면 및 측면을 포함한 모든 표면에 추가 보호층이 형성될 수도 있고, 혹은 제2 기판의 상면에만 추가 보호층이 형성될 수도 있다. 다만, 특별히 한정하는 것은 아니나, 상기 제2 기판의 상면에만 추가 보호층이 형성되는 것이 바람직하다. 이는 후술하는 제2 기판의 제거 공정에 있어서, 제2 기판의 제2 블록과 접하는 일면에만 추가 보호층이 형성되어 있는 것이 제2 기판의 제거에 용이하게 때문이다. 따라서, 본 발명의 일례로는, 제2 기판 상에 추가 보호층을 형성하는 단계에 있어서, 제2 기판 상의 일면에만 추가 보호층을 형성하는 것이 공정 상의 효율 측면에서 보다 바람직하다.
한편, 상기 제2 기판으로서, 전술한 폴리 이미드 필름 및 상기 폴리 이미드 필름의 상면 및 하면 상에 각각 구비된 실리콘 감압 접착제층(Pressure sensitive adhesive layer)을 포함하는 적층체(300)(또는, 하기 도 11(d)와 같이, 폴리 이미드 필름(111) 등이 제거된 후에는, 실리콘 감압 접착제층(112)을 의미할 수도 있음)를 이용하는 경우에 대하여 설명한다.
전술한 제2 기판으로서 폴리 이미드 필름 및 실리콘 감압 접착제층을 포함하는 적층체(300)를 이용하는 경우를 도 11에 모식적으로 나타내었다.
우선, 도 11(a)와 같이, 폴리 이미드 필름(111); 상기 폴리 이미드 필름(111)의 상면 및 하면 상에 각각 구비된 실리콘 감압 접착제층(112); 및 상기 실리콘 감압 접착제층(112) 상에 각각 구비된 추가의 폴리 이미드 필름(111)을 포함하는 적층체(300)를 준비한다.
이어서, 도 11(b)와 같이, 상기 적층체(300)의 최외측에 구비되는 추가의 폴리 이미드 필름(111) 중의 어느 하나를 제거한 후, 표면에 드러나는 실리콘 감압 접착제층(112)를 유리 기판(200) 상에 부착한다.
또한, 상기 적층체(300)의 최표면에 구비된 폴리 이미드 필름(111)을 제거한 후, 도 11(c)와 같이, 실리콘 감압 접착제층(112) 상에, 경자성 박막(11) 및 연자성 박막(12)이 교대로 반복적으로 적층하여 제2 블록(2)을 형성한다.
또한, 도 11(d)와 같이, 유리 기판(200), 상기 유리 기판(200) 상에 구비된 실리콘 감압 접착제층(112) 및 폴리 이미드 필름(111)을 제거하여, 상기 제2 블록(2) 상에 실리콘 감압 접착제층(112)만이 남도록 한다. 이어서, 제1 기판(1) 상에 형성된 제1 블록(1)을 준비한 후, 상기 제1 블록(1)의 제1 기판에 대향하는 최외측 박막과, 상기 제2 블록(2)의 실리콘 감압 접착제층에 대향하는 최외측 박막 사이에 후술하는 블록간 폴리머층을 형성함으로써, 제1 블록(1)과 제2 블록(2)을 접합한다. 이 후, 상기 제2 블록의 표면 상에 남은 실리콘 감압 접착제층(112)은 에탄올이나 아세톤 등의 용액을 이용하여 제거할 수 있다. 이러한 방법을 반복함으로써, 복수의 블록을 제2 블록(2) 상에 반복적으로 형성할 수 있다.
이 때, 상기 폴리 이미드 필름 및 상기 실리콘 감압 접착제층의 두께는 특별히 한정하지 않으나, 일례로서 20~60㎛일 수 있다. 상기 접착제층의 두께를 20~60㎛ 범위로 함으로써, 제조 과정 중에 용이하게 폴리 이미드 필름 및 실리콘 감압 접착제층을 제거할 수 있다.
한편, 상기 폴리 이미드 필름 및 실리콘 감압 접착제층은 제조 과정 중에, 쉽게 제거 가능하다. 예를 들어, 상기 폴리 이미드 필름은 적층체(300)에서 떼어냄으로서 쉽게 제거될 수 있고, 상기 실리콘 감압 접착제층은 전술한 것처럼 에탄올이나 아세톤 등의 용액을 도포하여 쉽게 제거 가능하다. 이 때, 상기 실리콘 감압 접착제층(Pressure sensitive adhesive layer)은 실리콘 감압성 접착제 조성물을 도포하여 형성할 수 있고, 상기 실리콘 감압성 접착제의 물질은 통상적으로 알려진 물질을 제한 없이 적용 가능하다.
한편, 본 발명에 따르면, 상기 제1 블록의 제1 기판에 대향하는 최외측 박막과, 상기 제2 블록의 제2 기판에 대향하는 최외측 박막 사이에 블록간 폴리머층을 형성하여 제1 블록과 제2 블록을 접합할 수 있다. 한편, 상기 제2 기판으로 전술한 적층체(300)를 이용하는 경우로서, 상기 제2 블록의 제2 기판 측의 의미가 달라짐에 유의할 필요가 있다. 다시 말해, 전술한 도 11(d)와 같이, 적층체(300) 중에 하나 이상의 폴리 이미드 필름(111) 및/또는 실리콘 감압 접착제층(112)이 제조 과정 중에 제거되고 난 후에, 제2 블록의 최종적으로 남은 실리콘 감압 접착제층(112)이 제2 기판에 대응될 수 있다. 따라서, 전술한 경우에는, 상기 '제2 블록의 제2 기판에 대향하는 최외측 박막'이라 함은, 도 11(d)에서 볼 수 있듯이, '남은 실리콘 감압 접착제층(112)에 대향하는 최외측 박막'을 의미할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 블록간 폴리머층을 형성하여 제1 블록과 제2 블록을 접합하는 단계는, 상기 제1 블록 및 제2 블록 중 어느 하나의 블록의 기판에 대향하는 최외측 박막 상에 폴리머 용액을 도포하고, 다른 하나의 블록의 기판에 대향하는 최외측 박막을 상기 폴리머 용액이 도포된 면에 접촉시키는 단계; 및 상기 폴리머 용액을 건조시키는 단계를 포함할 수 있다.
다만, 본 발명의 바람직한 일례는, 상기 제1 블록의 제1 기판에 대향하는 최외측 박막 상에 폴리머 용액을 도포하고, 상기 제2 블록의 제2 기판에 대향하는 최외측 박막을 상기 폴리머 용액이 도포된 면에 접촉시키는 단계; 및 상기 폴리머 용액을 건조시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 폴리머 용액의 도포 방법으로는 스핀 코트법, 와이프 코트법, 스프레이 코트법, 스퀴지 코트법, 딥 코트법, 다이 코트법, 잉크젯법, 플로우 코트법, 롤 코트법, 캐스트법, 그라비아 코트법 등의 통상적으로 알려진 코팅 방법을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 블록간 폴리머층을 형성하여 제1 블록과 제2 블록을 접합하는 단계는, 도포된 폴리머 용액을 박막화하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 블록간 폴리머층을 형성하여 제1 블록과 제2 블록을 접합하는 단계는, 회전판에 제1 블록이 적층된 제1 기판 또는 제2 블록이 적층된 제2 기판에 대하여, 상기 기판이 회전판을 향하도록 배치하는 단계; 박막 상에 폴리머 용액을 도포하는 단계; 및 회전판을 회전시켜 도포된 폴리머 용액을 박막화하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
전술한 회전판의 회전에 의한 블록간 폴리머층의 형성 방법을 도 10에 나타내었다. 예를 들어, 회전판(60) 상에, 제1 블록이 적층된 제1 기판(62)을 기판이 회전판(60)을 향하도록 배치하고(도 10(a) 참조), 상기 기판의 박막 상에 폴리머 용액(61)을 도포한다(도 10(b) 참조). 이어서, 상기 회전판(60)을 회전시켜서 블록간 폴리머층 형성을 위한 폴리머 용액으로 이루어진 층(63)이 박막화되도록 조정하고(도 10(c) 참조), 폴리머 용액을 건조 또는 경화시켜서 얇은 두께의 블록간 폴리머층(64)[혹은, 외부 폴리머층도 포함]을 형성할 수 있다(도 10(d) 참조).
본 발명에 따르면, 상기 회전판의 회전속도를 100~20,000rpm 범위로 하는 것이 바람직하고, 회전판의 회전속도를 전술한 범위로 제어함으로써, 상기 과정에 의해 형성되는 블록간 폴리머층 및 외부 폴리머층을 박막화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제1 블록 및 제2 블록 중 어느 하나의 블록의 기판에 대향하는 최외측 박막 상에 폴리머 용액을 도포하여 블록간 폴리머층을 형성할 뿐만 아니라, 상기 어느 하나의 블록의 측면 상에도 폴리머 용액을 도포하여 외부 폴리머층을 형성할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 상기 블록간 폴리머층의 형성 시에 외부 폴리머층을 형성하거나, 혹은 블록간 폴리머층의 형성 후에 외부 폴리머층을 형성하는 단계를 별도로 더 포함할 수도 있다. 한편, 상기 외부 폴리머층을 별도로 형성 시에는 폴리머 용액을 측면 상에 도포하는 공정을 더 포함할 수 있고, 상기 폴리머 용액의 도포 방법은 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 상기 블록간 폴리머층의 형성 시에, 상기 블록간 폴리머층 및 제1 블록을 포함하는 적층체의 측면 상에 구비된 외부 폴리머층을 형성할 수도 있고, 혹은 블록간 폴리머층의 형성 후에, 상기 적층체의 측면 상에 구비된 외부 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 적층체에 대해서는 전술한 영구자석에 대한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.
한편, 전술한 방법들 중의 일례인, 제1 블록의 기판에 대향하는 최외측 박막 상에 폴리머 용액을 도포함으로써 블록간 폴리머층을 형성하는 과정을 통해 제조되는 구조를 도 5에 나타내었다. 즉, 도 4에서 형성된 적층체에 대하여, 제1 블록(21)의 기판에 대향하는 최외측 박막 상에 폴리머 용액을 도포함으로써 블록간 폴리머층(31)을 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 블록간 폴리머층의 형성 시 사용되는 폴리머 용액에 대해서는, 영구자석과 관련하여 전술한 블록간 폴리머층에 포함되는 폴리머에 대한 설명이 동일하게 적용 가능하다. 다만, 상기 폴리머 용액은 전술한 폴리머 외에 용매 등의 성분을 추가로 포함할 수 있다. 한편, 상기 용매로는 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 통상의 용매를 사용할 수 있고, 예를 들어 유기용매일 수 있고, 케톤계 용매, 알코올계 용매 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전술한 폴리머 용액을 건조시키는 단계는 폴리머 용액을 자연 건조시키거나, 경화시키는 방법 모두를 포함할 수 있다.
한편, 전술한 블록간 폴리머층을 형성하여 제1 블록과 제2 블록을 접합하는 과정을 도 7에 모식적으로 나타내었다. 즉, 도 7(a)의, 하부 적층체는 제1 기판의 기판(1) 표면에 보호층(101)이 형성되어 있고, 이러한 보호층(101) 상에 제1 블록(21)이 형성되어 있다. 한편, 상부 적층체는 제2 기판의 기판(2) 표면에 추가 보호층(102)이 형성되어 있고, 이러한 추가 보호층(102) 상에 제2 블록(22)이 형성되어 있다.
이렇듯, 제1 블록(21)과 제2 블록(22)을 접합하는 과정에서, 제1 블록(21)의 기판에 대향하는 최외측 박막 상에 폴리머 용액을 도포하고, 상기 폴리머 용액이 도포된 면(41)에 제2 블록(22)의 기판에 대향하는 최외측 박막(42)을 접촉시킨 후, 폴리머 용액을 건조시킴으로써 제1 블록(21)과 제2 블록(22)의 사이에 블록간 폴리머층(31)[및/또는 외부 폴리머층]이 형성되어, 도 7(b)의 적층체가 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 제2 블록을 형성하는 단계 또는 상기 제1 블록과 제2 블록을 접합하는 단계 이후, 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 어느 하나의 기판을 제거하는 기판 제거 단계를 더 포함할 수 있다.
이 때, 특별히 한정하는 것은 아니나, 상기 기판 제거 단계는 불산 용액을 기판 제거용 에칭액으로 이용하여 기판을 제거할 수도 있고, 열처리에 의해 기판을 제거할 수도 있다.
혹은, 제2 기판(2)으로서 전술한 적층체(300)(또는, 도 11(d)의 실리콘 감압 접착제층(112))를 이용하는 경우에는, 도 11(b)~(d)와 관련하여 설명한 바와 같이, 상기 제2 블록을 형성하는 단계 이후에, 적층체(300) 중의 1 이상의 층을 제거하고, 상기 제1 블록과 제2 블록을 형성하는 단계 이후에, 최종적으로 남은 실리콘 감압 접착제층을 제거할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 상기 기판 제거 단계는 불산 용액을 기판 제거용 에칭액으로 이용하여 기판을 제거할 수 있다. 즉, 상기 기판 제거 단계는, 상기 불산 용액을 기판 제거용 에칭액으로 이용하여 기판을 표면에서부터 두께방향으로 에칭함으로써 수행될 수도 있고, 에칭액에 담구어서 수행될 수도 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 상기 불산 용액은 불산을 포함하는 용액으로서, 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것을 이용할 수 있고, 혹은 시판품을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 상기 불산 용액은 불산을 10% 이상 포함하는 용액일 수도 있고, 90% 이상 포함하는 용액일 수도 있다.
혹은, 본 발명에 따르면, 상기 기판 제거 단계는 제거되는 기판에 인접한 블록의 경자성 박막과 연자성 박막의 변형을 일으키지 않는 정도의 열처리를 통해, 기판이 제거될 수도 있다.
일례로서, 상기 제1 기판은 실리콘 기판이고, 제2 기판은 유리 기판일 수 있고, 이러한 경우에는 상기 기판 제거 단계에서 제2 기판을 먼저 제거하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 제2 기판으로서 유리 기판을 사용함으로써, 불산 용액을 에칭액으로 이용하거나, 열처리 등에 의해 비교적 용이하게 제2 기판을 제거할 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 전술한 제2 기판의 표면에서부터 두께방향으로 서서히 에칭하여 기판의 바닥면까지 에칭하는 경우, 제2 기판의 에칭액이 공급되는 측에 대향하는 표면 상에 추가 보호층이 형성되어 있을 수 있다. 이렇듯, 제2 기판의 에칭액이 공급되는 측에 대향하는 표면 상에 추가 보호층이 구비됨으로써, 추가 보호층에 인접한 블록을, 전술한 에칭액으로 사용되는 불산 용액으로부터 유효하게 보호할 수 있다.
혹은, 본 발명에 따르면, 상기 기판 제거 단계에 있어서, 상기 제거되는 기판의 블록 측의 표면에 추가 보호층이 형성될 수 있다. 한편, 기판의 블록 측의 표면에 추가 보호층이 형성되어 있는 경우, 전술한 에칭의 방법을 사용하지 않더라도, 열처리에 의해 기판 및 추가 보호막을 동시에 제거할 수 있다. 즉, 상기 열처리에 의해 기판 및 추가 보호막을 제거하는 경우에는 인접하는 위치에 배치되는 블록의 경자성 박막과 연자성 박막을 변형시키지 않는 범위의 온도에서 열처리함으로써 이루어질 수 있고, 이러한 범위의 열처리에 의해 손쉽게 블록으로부터 기판 및 추가 보호막을 떼어낼 수 있다.
이러한 본 발명의 일례인 에칭액을 사용하여 제2 기판을 제거하는 과정을 도 8에 나타내었다. 구체적으로, 도 8(a)는 제2 기판의 기판(2)을 제거하기 위하여 HF 에칭을 행하는 단계에서의 적층체의 구조를 나타내었고, 도 8(b)는 이러한 제2 기판의 기판(2)의 제거 후에, 추가 보호막(102)을 남겨둔 상태에서, 추가 보호막(102) 상에 블록간 폴리머층(32)을 형성한 구조를 나타내었다.
한편, 본 발명에 따르면, 영구자석의 제조방법에 있어서, 전술한 기판 제거 공정 이후에, 추가 보호막 박막을 제거하지 않고, 최종 영구자석에서 이를 남겨둘 수도 있고, 후술하는 선택적인 추가의 공정에 의해 추가 보호막을 제거할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 상기 기판 제거 단계는,
불산 용액을 기판 제거용 에칭액으로 이용하여 기판을 표면에서부터 두께방향으로 서서히 에칭하여 제거하는 단계; 및
이후, 제거된 기판의 표면에 형성되어 있던 보호층을 제거하는 단계를 추가로 포함하여 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 기판 제거 단계는,
불산 용액을 기판 제거용 에칭액으로 이용하여 기판을 표면에서부터 두께방향으로 서서히 에칭하여 제거하는 단계; 및
이후, 제거된 기판의 표면에 형성되어 있던 보호층에 대하여, 유기용매를 보호층 제거용 에칭액으로 이용하여 상기 보호층을 표면에서부터 두께방향으로 서서히 에칭하여 제거하는 단계를 추가로 포함하여 수행될 수 있다.
혹은, 본 발명에 따르면, 상기 기판 제거 단계는,
표면에 추가 보호층이 형성되어 있는 기판에 대하여, 열처리를 행하여, 기판 및 추가 보호층을 동시에 제거하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 에칭액을 사용하여 기판을 제거하는 경우, 추가 보호막을 제거하기 위하여 유기용매를 보호층 제거용 에칭액을서 사용함으로써 추가 보호막을 용이하게 제거할 수 있다. 예를 들어, 상기 보호막 제거용 에칭액으로는 알코올계 용매, 케톤계 용매를 바람직하게 사용할 수 있고, 예를 들어 에탄올, 아세톤 등을 바람직하게 사용할 수 있다.
혹은, 제2 기판(2)으로서 전술한 적층체(300)(또는, 도 11(d)의 실리콘 감압 접착제층(112))를 이용하는 경우에는, 전술한 바와 같이, 상기 제2 블록을 형성하는 단계 이후에, 적층체(300) 중의 1 이상의 층을 제거하고나서, 상기 제1 블록과 제2 블록을 형성하는 단계 이후에, 최종적으로 남은 실리콘 감압 접착제층을 제거할 수도 있고, 상기 실리콘 감압 접착제층의 제거 시에는, 에탄올이나 아세톤 등의 용액을 이용하여 실리콘 감압 접착제층을 용이하게 제거할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 기판의 기판 표면에 보호층이 형성되어 있고, 제2 기판의 기판 표면에 추가 보호층이 형성되어 있을 수 있다. 이때, 전술한 기판 제거 단계에서 제2 기판이 먼저 제거되는 경우에는 제2 기판의 표면에 형성되어 있던 추가 보호층(제2 보호층)을 제거할 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 보호층을 제거하는 단계를 선택적으로 포함함으로써, 예를 들어, 제2 기판이 제거되는 경우에는 추가 보호층을 최종적으로 제조된 영구자석에서 제거할 수도 있고, 추가 보호층을 제거하지 않고 최종적으로 제조된 영구자석에 남겨둘 수도 있다.
본 발명에 따르면, 전술한 바와 같이, 최종적으로 제조되는 영구자석에 있어서 자성에 영향을 미칠 수 있는 제거된 기판의 표면에 형성되어 있던 보호층을 제거함으로써, 본 발명에 의한 영구자석의 자성 효율이 보다 향상될 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 상기 기판 제거 단계에서, 하나의 기판만을 제거하는 기판 제거 단계 이후에,
추가 기판 상에 경자성 박막 및 연자성 박막을 교대로 적층하여 추가 블록을 형성하는 단계; 및
기판이 제거된 측의 최외측 박막과, 상기 추가 블록의 기판에 대향하는 최외측 박막 사이에 블록간 폴리머층을 형성하여 상기 적층체와 추가의 블록을 접합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 영구자석의 제조방법에 있어서, 상기 추가 기판을 제거하는 단계;
다른 추가 기판 상에 경자성 박막 및 연자성 박막을 교대로 적층하여 다른 추가 블록을 형성하는 단계; 및
추가 기판이 제거된 측의 최외측 박막과, 상기 다른 추가 블록의 기판에 대향하는 최외측 박막 사이에 블록간 폴리머층을 형성하여 상기 적층체와 다른 추가 블록을 접합하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 적층체에 대해서는 영구자석에 대한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 상기 추가 블록이 2 이상인 경우 각 추가 블록들의 사이에 블록간 폴리머층을 형성하여 인접한 추가 블록들을 서로 접합할 수 있다. 이때, 추가 블록의 형성은 전술한 추가 블록의 형성 방법을 동일하게 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 블록간 폴리머층의 형성 시에 외부 폴리머층을 형성하거나, 블록간 폴리머층의 형성 후에 외부 폴리머층을 별도로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 블록간 폴리머층의 형성 시, 제1 블록, 제2 블록, 추가 블록 및 블록간 폴리머층을 포함하는 적층체의 측면 상, 상면 또는 이들 모두에 구비된 외부 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 추가 블록으로서 제3 블록을 형성하는 경우,
제3 기판 상에 경자성 박막 및 연자성 박막을 교대로 적층하여 제3 블록을 형성하는 단계; 및
제1 블록, 블록간 폴리머층 및 제2 블록을 포함하는 적층체의 기판에 대향하는 최외측 박막과, 상기 제3 블록의 제3 기판에 대향하는 최외측 박막 사이에 블록간 폴리머층(혹은, 제2 블록간 폴리머층)을 형성하여 상기 적층체와 제3 블록을 접합하는 단계; 및
상기 제3 기판을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 상기 추가 기판의 기판 표면에 추가 보호층이 형성되어 있을 수 있고(예를 들어, 시판품 등을 입수), 혹은 상기 추가 기판 상에 경자성 박막과 연자성 박막을 교대로 반복적으로 적층하여 추가 블록을 형성하는 단계 이전에, 추가 기판 상에 추가 보호층(혹은, 제3 보호층 등)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 추가 블록으로서 제3 블록을 형성하는 제조 과정에 대한 모식적인 단면을 도 9에 나타내었다. 즉, 전술한 도 8(b)에서 제조된 적층체에 대하여, 추가 기판(3)[혹은, 제3 기판], 추가 기판(3) 상에 추가 보호층(103)[혹은, 제3 보호층]을 형성한 후, 상기 추가 보호층(103) 상에 제3 블록(23)을 형성하고, 이어서 블록간 폴리머층(32)[혹은, 제2 블록간 폴리머층]의 표면(51)과 상기 제3 블록의 기판에 대향하는 최외측 박막(52)을 접합하였다.
한편, 도 9에서 별도로 도시하지는 않았으나, 도 11에서 설명한 방법을 동일하게 적용하여 제3 블록을 형성하고, 제3 기판을 제거할 수도 있다. 또한, 후술한 제4 블록, 제5 블록, 제6 블록 등을 포함하는 추가 블록의 형성 시에도 마찬가지이다.
본 발명에 따르면, 상기 추가 블록의 형성은, 전술한 제3 블록을 형성하는 단계와 동일한 방법으로, 제4 블록, 제5 블록, 제6 블록 등을 순차로 형성하여, 수㎜의 크기(즉, 두께)를 가지는 영구자석이 제조될 때까지 반복할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 추가 블록을 n개 형성할 수 있고, 구체적으로 상기 영구자석의 제조방법은 추가 블록으로서 제n 블록까지 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 각 추가 블록의 형성 방법은 전술한 방법을 동일하게 적용하여 반복적으로 행함으로써 수행될 수 있다. 한편, 상기 제n 블록에 대해서는 영구자석과 관련하여 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따르면, 상기 영구자석의 제조방법은 추가 블록으로서 제n 블록까지 형성하는 단계를 포함할 수 있고,
상기 추가 블록으로서 제n 블록까지 형성하는 단계는,
제n 기판 상에 경자성 박막 및 연자성 박막을 교대로 적층하여 제n 블록을 형성하는 단계;
제(n-1) 블록의 기판에 대향하는 최외측 박막과 상기 제n 블록의 제n 기판에 대향하는 최외측 박막 사이에 제(n-1) 블록간 폴리머층을 형성하여 제n 블록과 제n-1 블록을 접합하는 단계; 및
상기 제n 기판을 제거하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제n 기판 상에 경자성 박막과 연자성 박막을 교대로 적층하여 제n 블록을 형성하는 단계 이전에, 제n 기판 상에 제n 보호층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 영구자석의 제조방법은, 제1 블록 내지 제n 블록; 및 제1 블록간 폴리머층 내지 제n 블록간 폴리머층;을 포함하는 적층체의 측면, 상면 또는 이들 모두에 구비되는 외부 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 영구자석의 제조방법은, 제1 블록 내지 제n-1 블록; 및 제1 블록간 폴리머층 내지 제n-1 블록간 폴리머층;을 포함하는 적층체의 측면, 상면 또는 이들 모두에 구비되는 외부 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 상기 외부 폴리머층을 형성하는 단계는;
각 블록간 폴리머층의 형성 시 폴리머 용액의 도포에 의해 형성될 수 있고, 혹은 각 블록간 폴리머층의 형성 후에, 이어서 외부 폴리머층을 별도로 형성하는 단계를 더 포함하여 수행될 수도 있다.
한편, 전술한 추가 블록의 제조방법에 대해서는 전술한 제1 블록, 제2 블록 및 영구자석에서의 추가 블록에 대한 설명을 동일하게 적용 가능하다.
본 발명에 따르면, 전술한 추가의 블록을 형성하는 단계 이후 또는 전술한 블록 간 접합 단계 이후에, 마지막에 나머지 기판을 제거하는 단계(이하, 나머지 기판 제거 단계)를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 나머지 기판 제거 단계를 선택적으로 포함함으로써, 최종 제조된 영구자석에 있어서 나머지 기판이 존재할 수도 있고, 나머지 기판이 제거되어 존재하지 않을 수도 있다.
본 발명에 따르면, 상기 나머지 기판 제거 단계는 불산을 기판 제거용 에칭액으로 이용하여 나머지 기판을 제거할 수 있다. 한편, 상기 나머지 기판 제거 방법에 대해서는 전술한 기판 제거 방법에 대한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 나머지 기판은 제1 기판일 수 있고, 상기 제1 기판으로는 실리콘 기판 또는 유리 기판을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 실리콘 기판(혹은, 실리콘 웨이퍼)을 사용할 수 있다. 즉, 제1 기판으로서 전술한 재료를 선택함으로써 불산 용액을 기판 제거용 에칭액으로 사용하거나 열처리를 행하여 비교적 용이하게 제1 기판을 제거할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전술한 기판 제거 단계에서 제2 기판을 먼저 제거한 후에, 전술한 나머지 기판 제거 단계에서 제1 기판을 제거하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 전술한 나머지 기판 제거 단계를 포함함으로써, 영구자석의 자성에 악영향을 미칠 여지가 있는 나머지 기판을 최종 영구자석에서 제거할 수 있고, 이에 따라 제조되는 영구자석의 자성 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 나머지 기판을 제거하는 단계 이후에, 제거된 나머지 기판의 표면에 형성되어 있던 보호층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있고, 혹은 상기 나머지 기판의 제거 단계와 동시에 보호층을 제거할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 상기 나머지 기판은 제1 기판인 것이 바람직하고, 상기 제1 기판의 표면에 형성되어 있던 보호층(제1 보호층)을 제거할 수 있다.
이 때, 상기 보호층은 선택적으로 제거할 수 있다, 즉, 최종 제조된 영구자석에서 보호층을 포함할 수도 있고, 이를 제거하여 포함하지 않을 수도 있다.
혹은, 본 발명에 따르면, 전술한 제2 기판을 제거하는 단계 이후에, 제1 기판을 제거하는 단계 및 제1 보호층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있고, 제1 기판 및 제1 보호층을 제거하는 순서는 상관없이 적용 가능하다.
즉, 제1 기판을 제거한 후에, 제1 보호층을 제거할 수도 있고, 제1 기판을 감싸도록 구비되는 제1 보호층을 먼저 제거함으로써 제1 기판 및 제1 보호층을 동시에 제거할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 상기 보호층을 구성하는 재료에 대해서는 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있고, 또한, 보호층의 제거 역시 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.
(실시예)
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
(실험예 1)
자기박막 증착은 Nd이 들어간 경자성 박막과 Fe가 들어간 연자성 박막을 번갈아가며 5회 반복하여 증착하였다. 이 때, 박막 두께변화에 따른 자기성질 측정을 위해 기판 이송 속도를 하기 표 1과 같이, 각각 1000puls, 1500puls 및 2000puls로 조절하였다. 정확한 박막의 두께측정을 위하여 x-선 반사율 장비를 이용하여 측정하였으며, 이들을 외부자기장에 대한 자기화 및 보자력 측정을 하였고, 이를 도 12에 나타내었다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 기판의 이송 속도가 빨라 박막의 두께 얇으면, 자기화 및 보자력이 약하였다.
반면, 기판의 이송 속도가 1000puls로서 느려 박막의 두께가 가장 두꺼운 경우, 보자력은 높으나 자기화는 두께가 상대적으로 얇은 1500puls 를 이용한 자성 박막보다 낮음을 확인하였다.
기판속도/ puls Nd 두께(x-ray) /nm Fe 두께(x-ray)/ nm
1000 23.0 14.6
1500 18.4 9.9
2000 10.89 6.5
(실험예 2)
비교예 1에서는, 기판 상에 폴리이미드 박막을 형성한 후, 기판의 이송 속도를 2000puls로 하여 전술한 실험예 1과 동일한 방법으로 하나의 블록만을 제조하였다.
반면, 실시예 1에서는, 제1 기판 상에 보호층으로서 폴리이미드 박막을 형성한 후, 기판의 이송 속도를 2000puls로 하여 실험예 1과 동일한 방법으로 자기박막을 증착하여 제1 블록을 제조하였다. 이어서, 상기 제1 블록과 마찬가지로, 도 11에서 설명한 방법을 사용하여, 도 11(a)와 같은 적층체(300)을 이용하였고, 먼저 최하단의 폴리 이미드 필름(111)을 제거한 후, 도 11(b)와 같이, 실리콘 감압 접착제층을 유리 기판(200) 상에 부착하였다. 이어서, 도 11(c)와 같이, 최상단의 폴리 이미드 필름(111)을 제거하였고, 실리콘 감압 접착제층(112) 상에 제1 블록과 마찬가지로 자기박막을 교대로 증착하여 제2 블록(2)을 형성하였다. 이 후, 유리 기판(200)으로부터 폴리 이미드 필름(111)을 떼어내어, 제2 블록(2) 상에 실리콘 감압 접착제층(112)만이 남도록 하였다. 이어서, 도 11(d)와 같이, 제1 블록과 제2 블록 사이에 폴리에틸렌 용액을 도포하고 접합시킨 후, 회전판을 이용하여 폴리머 용액으로 형성된 층을 박막화 및 건조시켜서 제1 블록, 제2 블록 및 블록간 폴리머층이 포함된 영구자석을 제조하였다.
전술한 비교예 1 및 실시예 1에 대하여, 블록에 대한 자기 박막의 자성특성을 측정하여 도 13에 나타내었다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 비교예 1에 비하여, 실시예 1에서는 자기화 및 보자력이 약 2배 이상 증가한 것을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1: 제1 기판
2: 제2 기판
3: 추가 기판
11: 경자성 박막
12: 연자성 박막
21: 제1 블록
22: 제2 블록
23, 24: 추가 블록
31, 32: 블록간 폴리머층
100: 외부 폴리머층
101: 보호층
102, 103: 추가 보호층
41: 폴리머 용액이 도포된 면
42: 제2 블록의 기판에 대향하는 최외측 박막
51: 추가 블록간 폴리머층의 표면
52: 제3 블록의 기판에 대향하는 최외측 박막
60: 회전판
61: 폴리머 용액
62: 제1 블록이 적층된 제1 기판
63: 블록간 폴리머층 형성을 위한 폴리머 용액으로 이루어진 층
64: 블록간 폴리머층
111: 폴리 이미드 필름
112: 실리콘 감압 접착제층
200: 유리 기판
300: 적층체

Claims (16)

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  8. 제1 기판 상에 경자성 박막 및 연자성 박막을 교대로 적층하여 제1 블록을 형성하는 단계;
    제2 기판 상에 경자성 박막 및 연자성 박막을 교대로 적층하여 제2 블록을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 블록의 제1 기판에 대향하는 최외측 박막과, 상기 제2 블록의 제2 기판에 대향하는 최외측 박막 사이에 블록간 폴리머층을 형성하여 제1 블록과 제2 블록을 접합하는 단계;를 포함하고,
    상기 제2 기판은 실리콘 감압 접착제층을 포함하는 적층체이고,
    상기 적층체는, 폴리 이미드 필름, 상기 폴리 이미드 필름의 상면 및 하면 상에 각각 구비된 실리콘 감압 접착제층, 및 상기 실리콘 감압 접착제층 중 어느 하나에 구비된 추가의 폴리 이미드 필름을 포함하고,
    상기 블록간 폴리머층에 포함되는 폴리머는 탄화수소계 폴리머인, 영구자석의 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 블록과 제2 블록을 접합하는 단계는,
    상기 제1 블록 및 제2 블록 중 어느 하나의 블록의 기판에 대향하는 최외측 박막 상에 폴리머 용액을 도포하고, 다른 하나의 블록의 기판에 대향하는 최외측 박막을 상기 폴리머 용액이 도포된 면에 접촉시키는 단계; 및
    상기 폴리머 용액을 건조시키는 단계를 포함하는, 영구자석의 제조방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나는 기판 표면에 보호층이 형성된 것인, 영구자석의 제조방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 블록간 폴리머층을 형성하여 제1 블록과 제2 블록을 접합하는 단계는, 도포된 폴리머 용액을 박막화하는 단계를 포함하여 수행되는 것인, 영구자석의 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 블록간 폴리머층을 형성하여 제1 블록과 제2 블록을 접합하는 단계는, 회전판에 제1 블록이 적층된 제1 기판 또는 제2 블록이 적층된 제2 기판을 기판이 회전판을 향하도록 배치하는 단계;
    박막 상에 폴리머 용액을 도포하는 단계; 및
    회전판을 회전시켜 도포된 폴리머 용액을 박막화하는 단계를 포함하여 수행되는 것인, 영구자석의 제조방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 블록을 형성하는 단계 또는 상기 제1 블록과 제2 블록을 접합하는 단계 후에,
    상기 제1 기판 및 제2 기판 중 어느 하나의 기판을 제거하는 기판 제거 단계를 더 포함하는, 영구자석의 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 기판 제거 단계 이후에,
    추가 기판 상에 경자성 박막 및 연자성 박막을 교대로 적층하여 추가 블록을 형성하는 단계; 및
    기판이 제거된 측의 최외측 박막과, 상기 추가 블록의 기판에 대향하는 최외측 박막 사이에 추가 블록간 폴리머층을 형성하여, 상기 제1 블록 및 제2 블록을 포함하는 적층체와 추가의 블록을 접합하는 단계를 포함하는, 영구자석의 제조방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 블록간 폴리머층의 형성 시에 외부 폴리머층을 형성하거나, 블록간 폴리머층의 형성 후에 외부 폴리머층을 형성하는 단계를 별도로 수행하는 단계를 더 포함하는, 영구자석의 제조방법.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 보호층은 광경화성 폴리머층이거나, 폴리이미드층인, 영구자석의 제조방법.
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