KR20040099821A

KR20040099821A - 전도성 실리콘 수지 조성물 및 이로부터 제조된 전자파차폐용 가스켓

Info

Publication number: KR20040099821A
Application number: KR1020030031936A
Authority: KR
Inventors: 정민교; 정해룡; 송기태; 김현돈
Original assignee: 제일모직주식회사
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-02
Also published as: KR100585944B1

Abstract

본 발명은 전도성 실리콘 수지 조성물 및 이로부터 제조된 전자파 차폐용 가스켓에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (a) 도전성 입자; (b) 상온 수분 경화형 1액형 실리콘 수지 조성물; (c) C₄~C₂₂의 지방산; 및 (d) 용매를 포함하여 이루어지는 전도성 실리콘 수지 조성물에 관한 것이며, 본 발명에 의해 상온에서 수분 경화시 특유의 고분산 고전도성 특성에 의해 매우 우수한 전자파 차폐 특성을 나타내는 전도성 실리콘 수지 조성물을 제공할 수 있다.

Description

전도성 실리콘 수지 조성물 및 이로부터 제조된 전자파 차폐용 가스켓 {CONDUCTIVE SILICONE RESIN COMPOSITION AND THE ELECTROMAGNETIC WAVE SHIELDING GASKET PREPARED THEREBY}

본 발명은 전도성 실리콘 수지 조성물 및 이로부터 제조된 전자파 차폐용 가스켓에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도전성 입자가 포함된 실리콘 수지 조성물에 지방산을 첨가함으로써 고분산성을 달성하여 전도성이 향상된 실리콘 수지 조성물에 관한 것이다.

정보화 사회에 살고 있는 현대인에게 있어 각종 전자기기의 사용은 필수이며 이에 따라 필연적으로 발생하는 전자파에 노출되기 마련이다. 전자파는 인체에 유해할 뿐 아니라 사용되는 전자기기들 간의 간섭을 일으켜 노이즈 발생 및 오작동을 유발하는 만큼 이의 차폐에 대한 필요성이 대두되어 왔으며 현재 거의 대부분의 전자기기에 있어 회로 측면에서의 전자파 발생 억제의 노력이 지속적으로 이어지고 있다. 또한 제품 및 회로를 보호하는 케이스(case) 측면에서는 케이스 내면에 전기 전도성 물질을 코팅함으로써 전자기기 내외부적으로 전자파로부터의 영향을 최소화하려는 노력이 시도되어져 왔다. 그러나 이러한 케이스는 여러 파트(예를 들어 휴대폰의 경우 front part, rear part, shield can으로 구성된다)로 구성되며 이들 파트들 조립시 리브(rib)와 리브간의 틈새(gap)가 필연적으로 발생함으로 인해 전자파 유입 및 유출의 경로를 제공하는 문제가 발생하게 된다.

상기 문제를 해결하기 위해 각 파트의 리브간의 틈새를 메워 실링하기 위한 방법으로서 핑거 스트립(finger strip) 방식을 채택하여 사용하였으나 과도한 수작업에 의한 작업성 저하 및 비용 증가, 고주파수 대역에서의 전자파 차폐 성능 미달로 인하여 새로운 방식을 모색하게 되었고, 이를 충족시키는 방법으로서 현장 성형 방식(form in place)이 채택되어 널리 이용되고 있다. 이 방식은 상온 수분 경화형 도전성 페이스트를 현장에서 로봇을 이용하여 디스펜싱한 후 상온(25~35℃) 또는 고온(60℃)에서 수분(상대습도 20~99%)에 의해 경화시켜 가스켓을 형성시키는 방법이다. 이 방식에 사용되는 도전성 페이스트에 있어 요구되는 성능은 고전도성, 상온 수분 경화성, 고부착성, 고탄성, 고균일 분산성 등이다. 특히, 고전도성의 경우 전자파 차폐 목적으로 도포하는 만큼 제품 물성 측면에서 매우 중요한 특성이라 할 수 있으며, 고균일 분산성의 경우 현장에서 디스펜싱 작업시 작업성 측면에서 매우 중요하다. 모든 전자기기가 경박 단소화 함에 따라 제품 디스펜싱 노즐의 사이즈도 작아지고 토출압이 상승하는 만큼 제품이 불균일할 경우 디스펜싱 압력이 변동되며 두께가 달라지거나 끊어져 본래의 의도한 바의 가스켓 역할을 하지 못함으로써 불량의 원인으로서 작용하게 된다.

미국 특허 제6,303,180호에서는 은, 구리, 니켈, 은으로 코팅된 구리(silver-coated copper), 은으로 코팅된 니켈, 은으로 코팅된 그래파이트, 은으로 코팅된 글라스 등의 도전성 입자, 1액형 또는 2액형 수분 경화형 실리콘 수지 (RTV(room temperature vulcanizing) 수지), 실리카, 톨루엔 등으로 구성된 조성물이 기재되어 있다. 그러나 상기 조성물의 경우 점도가 매우 높아 금속입자가 균일하게 분산되어 있지 않아, 불균일 분산에 의한 디스펜싱 압력 변화가 심하고, 심지어는 디스펜싱이 단절되는 경우가 발생할 뿐 아니라, 전도성이 저하되는 문제점이 있다. 또한 경화속도가 8시간 이상 지연되어 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

독일특허 제4319965호에는 작업조건을 용이하게 하기 위하여 상온에서 빨리 경화될 수 있는 속경화성 실리콘 폴리머를 사용하여 가류(vulcanization) 시간을 2시간 이내로 조절한 내용이 기재되어 있다. 그러나 경화 속도가 빠르면 작업도중 경화가 일어나 노즐이 막히는 문제가 발생하기도 하고 또한 기질과 접착이 제대로 이루어지지 않는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 도전성 입자가 포함된 실리콘 수지 조성물에 지방산을 첨가함으로써 고분산성을 달성하여 전도성이 향상된 실리콘 수지 조성물을 제공함을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 하나의 측면은 (a) 도전성 입자; (b) 상온 수분 경화형 1액형 실리콘 수지 조성물; (c) C₄~C₂₂의 지방산; 및 (d) 용매를 포함하여 이루어지는 전도성 실리콘 수지 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 다른 측면은 조성물의 사용하여 제조된 전자파 차폐용 가스켓에 관한 것이다.

이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 실리콘 조성물에는 도전성을 부여하기 위한 목적으로 도전성 입자가 혼합된다. 이러한 도전성 입자로 구체적으로 은, 구리, 니켈, 은으로 코팅된 구리(silver-coated copper), 은으로 코팅된 니켈, 은으로 코팅된 그래파이트, 은으로 코팅된 글라스 등을 사용할 수 있다. 상기 도전성 입자로는 평균 입도가 5∼50㎛, 바람직하게는 10∼40 ㎛의 범위에 드는 것을 사용하는 것이 좋다. 상기 도전성 입자의 평균입도가 5㎛ 미만이면 미립자들이 쉽게 뭉쳐 분산이 어려우며, 50㎛를 초과하면 입자가 너무 커서 쉽게 가라앉아 분리 현상이 발생한다.

본 발명의 조성물 중 상기 도전성 입자의 함량은 40∼83.9 중량%, 보다 바람직하게는 50∼70 중량% 범위이다. 상기 도전성 입자의 함량이 40 중량% 미만인 경우 전도도가 너무 낮아져 전자파 차폐 용도로 사용할 수 없는 문제가 있으며, 83.9 중량%를 초과하는 경우에는 전도도는 우수하게 되나 바인더 함량이 줄어들어 원하는 접착성을 얻을 수 없을 뿐 아니라, 분체 함량 과다에 따른 분산성 저하를 초래하고, 경제성이 떨어지기 때문에 적합하지 않다.

본 발명의 조성물에 혼합되는 상온 수분 경화형 1액형 실리콘 수지 조성물로는 상온에서 수분 경화가 가능하다고 알려진 탈옥심형, 탈초산형, 탈알콜형, 탈아민형 등의 1액형 실리콘 수지 조성물을 모두 적용할 수 있으며, 그 종류에 구애되지 않는다.

일반적인 상온수분 경화형 1액형 실리콘 수지 조성물은 보통 실리콘 고분자, 가교제, 촉매, 충진제, 가소제로 이루어진다.

상기 실리콘 고분자로는 구체적으로 탄화수소 라디컬, 할로겐화 탄화수소 라티컬 같은 말단기가 부착된 폴리(디페닐실록산)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상온수분 경화형 1액형 수지 조성물 중 실리콘 고분자의 함량은 통상적으로 30∼80 중량%의 범위이다.

상기 가교제로는 관능기가 3 또는 4인 실란류를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상온수분 경화형 1액형 수지 조성물 중 가교제의 함량은 통상적으로 0.1∼10 중량%의 범위이다.

상기 촉매로는 구체적으로 유기-Ti 또는 Sn 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상온수분 경화형 1액형 수지 조성물 중 촉매의 함량은 통상적으로 0.01∼10 중량%의 범위이다.

상기 충진제로는 구체적으로 CaCO₃, 퓸드 실리카(fumed silica), TiO₂등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상온수분 경화형 1액형 수지 조성물 중 충진제의 함량은 통상적으로 0∼30 중량%의 범위이다.

상기 가소제로는 구체적으로 메틸기로 끝단처리된 폴리(디메틸실록산) (CH₃terminated PDMS) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상온수분 경화형 1액형 수지 조성물 중 가소제의 함량은 통상적으로 1∼20 중량%의 범위이다.

상기 조성물에는 이러한 성분 이외에도 기타 첨가제가 첨가될 수 있다.

상기 상온수분 경화형 실리콘 수지 조성물은 그 점도가 10,000∼1,000,000 cps, 바람직하게는 50,000∼500,000cps인 것을 사용한다. 바인더 수지 조성물의 점도가 10,000cps 미만인 경우 비중이 높은 도전 입자가 쉽게 가라앉음으로써 페이스트의 상분리 현상이 나타나는 한편, 디스펜스된 가스켓이 형상을 유지하지 못하고 퍼지는 단점이 있으며, 1,000,000 cps를 초과하는 경우 실리콘 페이스트 점도가 너무 높아 디스펜스되지 못하기 때문이다.

이러한 상온 수분 경화형 1액형 실리콘 수지 조성물로서 구체적으로 시중에서 상용되는 GE-TOSHIBA社의 TSE 389, TSE 387, TSE 399, 신예츠社의 KE 44, KE 48, 다우코닝社의 SE 9189, DC 3140, DC 210, SE 9157, DC 732, 델로社의 DELO-GUM 3599 등의 제품을 사용가능하다.

본 발명의 조성물 내에서 상기 상온수분 경화형 1액형 실리콘 수지 조성물의 함량은 15∼45 중량%, 보다 바람직하게는 20∼40 중량%이다. 상기 조성물의 함량이 15 중량% 미만이 되면 기판에 대한 접착력이 저하되고, 45 중량%를 초과하면 전기 전도성을 저해하여 전자파 차폐 성능을 나타내지 못하게 된다.

본 발명의 조성물에는 고전도성, 고분산성, 경화속도 조절 기능을 부여하기위한 목적으로 지방산(fatty acid)을 첨가함을 특징으로 한다. 지방산을 첨가하여 사용하게 되면 도전성 미립자 표면을 코팅하게 됨으로써 서로 뭉치기 쉬운 입자간의 반발력을 제공하여 고르게 분산될 수 있도록 한다. 따라서 이에 의해 형성된 가스켓은 그 구조가 치밀해짐으로써 고균일 분산에 의한 전기전도성 향상 효과를 얻을 수 있다. 또한 이러한 물질들이 윤활제(lubricant) 역할을 함으로써 도전 입자간의 마찰을 억제하는 효과를 나타내게 되어 열발생 억제에 기여하는 등 매우 유용한 역할을 수행한다. 이와는 별도로 첨가된 지방산은 경화속도 조절에도 일정정도 기여하게 된다.

사용되는 지방산의 종류에는 C₄∼C₂₂의 포화 또는 불포화 지방산이 사용 가능하며, 보다 구체적으로는 부티르산(Butyric acid), 카프로산(Caproic acid), 카프릴산 (Caprylic acid), 카프르산(Capric acid), 라우르산(Lauric acid), 미리스트산 (Myristic acid), 팔미트산(Palmitic acid), 스테아르산(Stearic acid), 리놀레산 (Linoleic acid), α-리놀레산(alpha-Linolenic acid), 아라키드산(Arachidic acid), 베헨산(Behenic acid), 에루신산(Erucic acid), 올레산(Oleic acid) 등을 예로 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 조성물에서 상기 지방산의 함유량은 0.01∼10 중량% 범위, 바람직하게는 0.05∼6 중량% 범위이다. 지방산의 함량이 0.01 중량% 미만이면 본 발명에서 원하는 전도성 향상, 고균일 고분산, 경화속도 조절 효과를 얻을 수 없으며, 10 중량%를 초과하여 사용하면 효과가 증가하지 않으면서, 경화된 제품의 탄성을 저하시키는 부작용을 나타내게 된다.

본 발명의 조성물에는 점도 조절 및 경화 속도 조절의 목적으로 용매를 첨가한다. 구체적으로 톨루엔, 자일렌, 디에틸에테르, 클로로포름, 사염화탄소, 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 부타논(butanone), 과염화에틸렌(perchloro ethylene) 등을 예로 들 수 있다.

본 발명의 조성물 중 용매의 함량은 1∼45 중량%, 보다 바람직하게는 2∼40 중량%이다. 용매가 1중량% 미만으로 사용되는 경우 점도가 높아지는 문제점이 발생하고, 45중량%를 초과하여 발생하는 경우 고형분이 가라앉는 문제점이 발생한다. 간혹 시중에서 판매하는 상온 수분 경화형 1액형 실리콘 수지 자체가 용매를 함유하고 있는 것들이 있는데 이러한 경우에는 추가로 용매를 첨가하지 않아도 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

제조예 1

도전성 입자로 은으로 코팅된 구리(Ag-Cu)인 페로社 R13-18T를 사용하였으며, 상온 수분 경화형 1액형 실리콘 수지 조성물로는 다우코닝社의 탈옥심형 RTV인 DC 210 제품을 사용하였다. 지방산으로 알드리치社 팔미트산을, 용매로는 톨루엔을 사용하였다. 먼저 상온수분 경화형 실리콘 레진 30 중량%, 톨루엔 9.9 중량%, 및 팔미트산 0.1 중량%를 첨가하여 3분간 핸드 믹싱으로 예비 교반하여 균일하게 혼합하였다. 여기에 도전성 입자로 은으로 코팅된 구리 60 중량%를 첨가하여 다시 한번 핸드믹싱으로 균일한 조성물을 제조하였다.

제조예 2∼4 및 비교제조예 1

톨루엔 및 팔미트산 또는 스테아르산의 함량을 하기 표 1에 표시된 것으로 한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일하게 실시하였다.

제조예 5∼6

사용된 실리콘 수지를 탈알콜형 RTV TSE 399, 탈아미노형 RTV DELO-GUM 3599를 하기 표 1에 표시된 것으로 한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일하게 실시하였다.

	Ag-Cu	탈옥심형실리콘수지DC 210	탈알콜형실리콘수지TSE399	탈아미노형실리콘수지Dello-Gum3599	톨루엔	팔미트산	스테아르산	합계
제조예 1	60	30			9.9	0.1	-	100
제조예 2	60	30			9	1	-	100
제조예 3	60	30			5	5	-	100
제조예 4	60	30			9.5	-	0.5	100
제조예 5	60		30		9.9	0.1	-	100
제조예 6	60			30	9.9	0.1	-	100
비교제조예 1	65	30			5	-	-	100

실시예 1~6 및 비교실시예 1: 가스켓의 제조 및 물성평가

상기 제조예 1∼6 및 비교제조예 1에서 제조된 각각의 도전성 실리콘 페이스트 조성물들을 알콜로 깨끗이 세척한 폴리카보네이트 기판 위에 디스펜싱 하였다. 디스펜싱시 0.5mm 내경의 노즐을 사용하여 가스켓의 길이가 10cm, 폭 0.5mm가 되도록 토출압을 조절하여 디스펜싱한 후 섭씨 25℃, 상대습도 40∼50 %의 조건에서 경화시켜 가스켓을 형성하였다. 각각의 실시예 및 비교실시예에 대해 가스켓 5개를 형성시켜 경화시킨후 물성을 측정한 후, 그 평균값을 취하여 하기 표 2에 나타내었다.

	선저항¹⁾(Ω)	경화시간²⁾	분산성³⁾(가스켓 균일성)	접착성⁴⁾
실시예 1	6.1	4시간	◎	450 g.f
실시예 2	4.5	4시간	◎	570 g.f
실시예 3	3.3	4시간	◎	630 g.f
실시예 4	4.9	4시간	◎	550 g.f
실시예 5	6.5	4시간	◎	400 g.f
실시예 6	6.9	4시간	◎	510 g.f
비교실시예 1	10.2	2시간	○	380 g.f

[물성평가방법]

1) 전도도: Fluke社의 멀티미터를 사용하여 10cm 길이에 대한 선저항을 측정하여 평가하였다.

2) 경화시간 : 섭씨 25℃, 상대습도 40~50% 조건에서 경화시키면서 매 시간마다 500 g의 추로 1분간 누른후 복원되는 형상으로 판단하였다.

3) 분산성(가스켓 균일성) : 400배 확대 현미경을 이용하여 형성된 가스켓 표면 및 단면의 빈공간(void), 뭉쳐진 입자(agglomerate)의 형상 및 발견 빈도수 등을 통해 평가하였다. (◎ : 매우 좋음, ○: 좋음, △: 나쁘지 않음, X : 나쁨)

4) 접착성 : IMADA社의 모델 DPS-5R 역량계(force gauge)를 이용하여 측정하였다. 0.5mm 노즐을 통해 용액을 EMI 페인트가 코팅된 PC 시트(SHEET)에 직선으로 12cm를 디스펜싱하여 경화시킨 후 경화된 사출물에 1cm 간격으로 칼집을 내어 시편을 제조한 후, 이 상태에서 역량계를 이용하여 "peak mode"에서 1cm 사출물을 측면에서 부드럽게 밀어 탈락시킬때 필요한 힘을 gf 단위로 측정하여 12개의 값을 평균하여 측정하였다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 전도성 실리콘 수지 조성물은 고분산, 고전도성의 특성을 발휘함으로써 각종 전자기기의 전자파 차폐용 가스켓으로 적용할 수 있다. 또한 이에 의 형성된 가스켓은 고균일 분산에 의해 가스켓의 막균일성이 증대되어 작업성을 향상시킬 수 있다.

Claims

(a) 도전성 입자;

(b) 상온 수분 경화형 1액형 실리콘 수지 조성물;

(c) C₄~C₂₂의 지방산; 및

(d) 용매를 포함하여 이루어지는 전도성 실리콘 수지 조성물.
제 1항에 있어서,

상기 (a)성분의 함량이 40∼83.9 중량%이고, 상기 (b)성분의 함량이 15∼45 중량이며, 상기 (c)성분의 함량이 0.01∼10 중량%이고, 상기 (d)성분의 함량이 1∼45 중량%인 것을 특징으로 하는 전도성 실리콘 수지 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 도전성 입자가 평균 입도가 5∼50㎛인 은, 구리, 니켈, 은으로 코팅된 구리, 은으로 코팅된 니켈, 은으로 코팅된 그래파이트 또는 은으로 코팅된 글라스인 것을 특징으로 하는 전도성 실리콘 수지 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 상온 수분 경화형 1액형 실리콘 수지 조성물이 실리콘 고분자 30∼80 중량%, 가교제 0.1∼10 중량%, 촉매 0.01∼10 중량%, 충진제 0∼30중량% 및 가소제 1∼20 중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전도성 실리콘 수지 조성물.
제 4항에 있어서, 상기 상온 수분 경화형 1액형 실리콘 수지 조성물이 점도가 10,000∼1,000,000 cps인 것을 특징으로 하는 전도성 실리콘 수지 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 지방산이 부티르산(Butyric acid), 카프로산(Caproic acid), 카프릴산(Caprylic acid), 카프르산(Capric acid), 라우르산(Lauric acid), 미리스트산(Myristic acid), 팔미트산(Palmitic acid), 스테아르산(Stearic acid), 리놀레산(Linoleic acid), α-리놀레산(alpha-Linolenic acid), 아라키드산 (Arachidic acid), 베헨산(Behenic acid), 에루신산(Erucic acid), 또는 올레산 (Oleic acid)인 것을 특징으로 하는 전도성 실리콘 수지 조성물
제 1항에 있어서, 상기 용매가 톨루엔, 자일렌, 디에틸에테르, 클로로포름, 사염화탄소, 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 부타논(butanone), 또는 과염화에틸렌 인 것을 특징으로 하는 전도성 실리콘 수지 조성물.
제 1항 내지 제 7항의 조성물의 사용하여 제조된 전자파 차폐용 가스켓.