KR20090093295A

KR20090093295A - 도전성 미세 패턴을 갖는 전자파 차단 또는 안테나 용 필름

Info

Publication number: KR20090093295A
Application number: KR1020080018742A
Authority: KR
Inventors: 허순영; 조준혁
Original assignee: 조준혁
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2009-09-02

Abstract

본 발명은 도전성 미세 패턴을 갖는 전자파 차단 또는 안테나 용 필름에 관한 것으로 내열 절연성 기재 필름 위에 분해성 유기금속 물질을 포함하는 도전성 잉크로 소정의 미세 패턴 형상으로 인쇄하고 열처리에 의한 금속화에 의하여 도전성 미세 패턴을 갖는 전자파 차단 또는 안테나 용 필름을 제공한다.

본 발명에 의하여, 안테나 또는 전자파 실드로 사용될 수 있는 전도성이 높은 미세 패턴을 갖는 필름이 손쉬운 인쇄방식에 의하여 제조될 수 있다.

Description

도전성 미세 패턴을 갖는 전자파 차단 또는 안테나 용 필름{Film for antenna and electro-magnetic wave shield containing conductive micro pattern}

본 발명은 도전성 잉크에 의한 단순 인쇄 방식에 비하여 도전성이 높은 미세 패턴을 갖는 전자파 차단 또는 안테나 필름에 관한 것이다.

각종 전기설비나 전자장치 특히 많은 사람이 사용하는 CRT와 LED는 물론 LCD, PDP와 FED등과 같은 평판 디스플레이도 전자파 장애(Electromagnetic Interference:EMI)문제를 안고 있다. EMI는 전기 장치에서의 오동작 및 기계적 에러를 야기시킬 뿐만 아니라 사용자에게도 건강 장해를 준다. 따라서 전기/전자장치로부터 발생된 전자파 강도를 규제하는 것이 요구되고 있다. 이러한 EMI의 대책으로서, 전기설비나 전자장치에서 금속 또는 도전성 재료로 된 하우징을 사용하는 방법, 인쇄회로 기판들 사이에 금속판을 삽입하는 방법 및 금속박으로 케이블을 코팅하는 방법 등이 있으나 금속 메쉬를 이용해 우수한 전자파 차단성과 높은 투명성을 동시에 방법이 가장 널리 쓰이고 있다.

텔레비전이나 휴대전화의 보급과 함께 그 디스플레이 화상의 선명도를 위해 수신감도가 높은 안테나가 요구되고, 수신 주파수도 VHF 초단파나 UHF 마이크로파로 더욱 고주파화가 진행하고 있고, 따라서 거기에 대응하는 안테나에 대해서도 연구되고 있다(예를 들면, 일본 특허공개 2000-4120호). 또한, 차량 탑재용의 디스플레이를 위한 안테나로서, 자동차의 후부 유리면에 설치되는 안테나 패턴에 대해서도 여러 가지 연구가 이루어지고 있다(예를 들면, 일본 특허공개 2000-252732호). 이러한 요구에 따라 사각 또는 연속 다각형 모양의 미세 금속 메쉬는 광대역 통신의 안테나로 사용되기 적합하다. 또한, 근자에 많이 사용하는 Rfid 태그나 IC 카드는 Rfid 칩과 안테나로 구성되어 있고 이러한 안테나는 특정 주파수의 전자파를 여기할 수 있도록 포토리소그라피나 전도성 잉크를 사용한 인쇄방식을 통하여 일정한 패턴 형식으로 필름 또는 시트 상에 형성된다.

투명성이 높은 EMI 방지 메쉬나 안테나로 사용되기 적합한 도전성 미세 패턴을 갖는 필름은 포토리소그래피법을 이용한 식각 공정에 의해, 투명 기판 상에 금속 박막의 메쉬를 형성하는 방법이 사용된다. 이 방법은, 미세 공정이 가능하기 때문에, 고개구율(고투과율) 의 메쉬를 형성하여 보다 강력하게 전자파 방출을 차단할 수 있다는 이점을 갖는다. 반면, 그 제조 공정은 복잡해서, 제조 비용이 높다는 문제가 있다. 또, 식각 절차를 사용하기 때문에, 격자 패턴의 교점부가 직선의 선폭보다 넓다는 문제가 있다.

무전해 도금 촉매를 함유하는 포토레지스트를 도포하고, 노광 및 현상하여 무전해 도금 촉매의 패턴을 형성한 후, 무전해 도금으로 도전층을 형성하는 방법이 일본 공개특허공보 평11-170421호에 제안되어 있으나 이 방법은 도전층의 가시광 투과율이 낮고, 노광 이후 노광 부분을 제거하는 무전해 도금 촉매로서 매우 고가의 팔라듐을 이용해기 때문에 제조 비용 이 높다는 문제가 있다.

한국특허등록 제10-0792316호에는 사각 메쉬 또는 연속 다각형 모양으로 형성된 선폭이 5~20μm이고 선간 피치 간격이 2~20μm인 것을 특징으로 하는 안테나 패턴에 대하여 기재하고 있고 이를 제조하는 방법으로 상기 포토리소그래피법 외에 스크린(screen)법, 패드(pad)법, 그라비어(gravure)법, 잉크제트(inkjet)법 등에 의해 도전성 분말을 혼합한 합성잉크나 도전성 페이스트제로 인쇄하는 것에 대하여 언급하고 있다. 동박막 시트 위에 레지스트로 성막을 한 후 포토리소그라피로 패턴을 현상한 후 에칭하여 제조하는 감법減法(subtractive)에 비하여 인쇄방식으로 최종 패턴을 생산하는 가법(加法;additive)에 의한 패턴의 형성은 재료와 공정을 크게 단축시킬 수 있으므로 공정의 단축은 물론 재료의 낭비를 막아 경제성을 얻을 수 있으므로 환경적 측면과 제조원가의 절감의 측면에서 아주 유리하다. 그러나 이러한 인쇄방식에 의해서는 잉크에 사용되는 도전성 분말 입계 간의 저항 때문에 충분한 전도성을 갖는 미세패턴을 얻기가 어렵다.

본 발명은 인쇄방식으로 형성된 높은 도전성 미세 패턴을 갖는 필름을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은, 절연성 기재 필름 위에 분해성 유기금속 물질을 포함하는 잉크로 소정의 패턴 형상으로 인쇄하고 열처리에 의한 금속화에 의하여 도전성 미세 패턴을 갖는 필름을 제공한다. 이러한 도전성 미세 패턴을 갖는 필름은 전자파 차단 필름, 통신 안테나 또는 RFid 안테나로 사용된다. 여기서 분해성 유기금속 물질이라 함은 MOD(metallo-organic decompositon) 물질로서 금속 용융점 휠씬 아래 예를 들면 50 내지 250℃ 범위, 바람직하게는 50℃ 내지 200 ℃의 범위의 비교적 저온에서도 분해되어 금속화되는 물질이다. 이를 다른 말로는 금속전구체라고 표현한다.

상기 미세 패턴은 사용 목적에 따라 연속 사각 또는 다각의 메쉬 형태이거나 평형 극세선 형태이거나 특정한 주파수의 안테나로 사용되기 적합한 미세 패턴 형태이다.

상기 도전성 잉크는 일반적으로 금속 전구체, 고분자 바인더와 점도조절제를 포함한다. 바람직하게는 상기 도전성 잉크는 헤테로 원자 P, S, O 또는 N을 갖는 반응성 유기용매를 더 포함한다. 상기 반응성 유기용매는 상기 금속전구체를 용해하여 용액상태로 만든다. 상기 반응성 유기용매는 헤테로 원자 P, S, O와 N을 갖는 용매로서 케톤기, 머캅토기, 카르복실기, 아닐린기, 에테르기 또는 아황산기를 가지는 유기용매이다. 예를 들면, 탄소수 1∼6의 지방족 또는 히드록시기를 갖는 지방족으로 하나 이상 치환된 아민과 탄소수 1∼16의 직쇄 또는 분지상의 지방족 티올을 들 수 있다. 상기 도전성 잉크는 경우에 따라서는 금속 분말을 더 포함할 수 있다. 이러한 도전성 잉크는 완전한 용액 상태이거나 페이스트 상태이다.

금속전구체를 포함하는 도전성 잉크에 대해서는 예를 들면, 베스트(Vest, R.W.)가 MOD(metallo-organic decompositon)물질을 사용하여 잉크의 제조 가능성을 시험한(IEEE Transactions on Components, Hybrids and Mamufacturing Technology, 12(4), 545-549, 1987)이래로 MOD에 대해서 많은 연구가 이루어졌다. 또한, 이그잭스의 한국특허등록 제587404호, 616361호와 587402호에는 각각 벤조산 은, 프탈 산 은과 트리메식 산 은과 지방산 은의 은 전구체에 대하여 기재하고 있다. 금속입자와 금속전구체의 혼합물에 대해서는 키드 일행의 국제공개 WO98-37133는 MOD물질과 입자성 금속의 복합 조성물을 잉크제트 프린트용으로 사용하는 것을 특징으로 하고 있다. 코비오(Kovio, Inc )의 미국특허 6878184호는 MOD 잉크를 사용하는 것이 아니고 MOD와 환원제(예를 들면 알데히드)를 사용하여 나노파티클 상의 금속잉크를 형성하여 사용한다. 혜은컴텍의 한국특허공개 2004-84570는 잉크제트 잉크용 MOD 잉크의 조성으로 산화은 5-40중량% + (락탐, 락톤 또는 카보네이트) 10-20중량% + 아민20-85중량%로 개시하고 있다. 또한 이그잭스의 한국특허등록 제 709724와 711505에는 각각 금속전구체+ 금속분말과 은 전구체+은 분말의 페이스트를 기재하고 있다.

코비오(Kovio, Inc)의 미국특허 6878184호에 MOD와 환원제(예를 들면 알데히드)를 사용하여 나노파티클 상의 잉크를 형성하는 기술을 개시하고 있다.

본 발명에서 금속전구체는 바람직하게는 지방산 은 또는 방향족 카르복실산 은이고 가장 바람직하게는 1∼3의 카르복실 기를 가지는 탄소수 0∼12의 직쇄 또는 분지상의 포화 또는 불포화 지방산 은이다.

상기 금속 전구체 즉 분해성 유기금속 물질은 금속에 헤테로 원자인 P, S, O와 N 이 결합되어 있는 것으로 가열하면 금속 용융온도 보다 낮은 온도에서 금속화된다.

상기 금속전구체와 금속분말의 금속은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 은, 철, 아연, 주석, 니켈, 인듐, 금, 백금, 팔라듐, 납, 안티몬, 구리 또는 이들의 합금이고 바람직하게는 은이다. 상기 금속 전구체와 상기 금속 분말은 서로 다른 금속일 수 있으나 바람직하게는 동일한 금속이다. 상기 금속 전구체는 바람직하게는 0.1∼90중량% 가장 바람직하게는 0.1∼40중량%이고 상기 금속 분말은 필요에 따라 1∼95중량% 바람직하게는 1∼65중량%의 양으로 첨가될 수 있다. 상기 은 분말의 평균입경은 바람직하게는 마이크로미터 단위로, 예를 들면, 0.1 내지 10 마이크로미터의 범위로, 가장 바람직하게는 1 내지 5 마이크로미터 범위이다.

본 발명의 미세 패턴은 기재 필름에 다양한 인쇄방법, 예를 들면, 그라비아, 프렉소, 스크린, 로터리, 디스펜서, 옵셋에 적용되어 질 수 있다.

상기 기재 필름은 바람직하게는 내열 절연성 수지로서 예를 들면 아크릴, 에폭시, 폴리이미드 또는 폴리에스테르 수지이다.

본 발명에 의하여, 안테나 또는 전자파 실드로 사용될 수 있는 전도성이 높은 미세 패턴을 갖는 필름이 잉크젯 방식을 포함한 손쉬운 인쇄방식에 의하여 제조될 수 있고 특히 낮은 금속화 온도에 의하여 플라스틱 필름 기재를 사용할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 이러한 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

비교예

일반 도전성 잉크로서 평균입자크기가 2㎛인 판형(직경이 두께의 50배) 은 파우더 50g과 노르말 터피네올 40g과 부틸카비톨 아세테이트 2.5g, 에폭시 바인더 4g과 에탄올잔량으로 이루어진 100g 페이스트 조성물에 넣어 완전히 혼합하여 점도15000cPs로 조절된 은 함량 50중량%의 조성물을 만들었다.

스크린 인쇄 방식으로 폴리에스테르 시트(PET), 폴리이미드 시트(PI)와 실리콘 웨이퍼( Si-wafer)에 다수의 라인을 형성하고100, 120, 150, 200, 250℃로 조절된 열풍건조기에서 20분간 열처리 하였다. PET의 경우 내열온도가 낮아 250℃ 실험을 생략하였다.

실시예

메탈오르가노졸잉크는 개미산은(단위 분자당 은 함유량 약 70%) 57g을 노르말에탄올아민 28g 노르말 터피네올 5.1g과 부틸카비톨 아세테이트 3.7g, 에폭시 바인더 4g과 에탄올 잔량으로 이루어진 100g 페이스트 조성물에 넣어 완전히 혼합하여 점도 23000cPs로 조절된 은 함량 40중량%의 조성물을 만들었다.

스크린 인쇄 방식으로 폴리에스테르 시트(PET), 폴리이미드 시트(PI)와 실리콘 웨이퍼( Si-wafer)에 다수의 라인을 형성하고100, 120, 150, 200, 250℃로 조절된 열풍건조기에서 20분간 열처리 하였다. PET의 경우 내열온도가 낮아 250℃ 실험을 생략하였다

시험분석

열처리 후의 라인의 전도성은 4-프로브 방식의 저항으로 측정하였으며 그 결과는 표 1에 정리하였으며 기판 별로 온도에 따른 두 전도성 재료의 전기저항 비교 그래프를 표 2, 3과 4에 정리하였다.

실시예에 사용된 은 오르가노졸 잉크는 열처리에 의하여 높은 전도성을 얻게 됨을 보여 준다. 비교예로 사용된 은분말 잉크의 경우에도 열처리 후에 전도성이 증가하나 이것은 도전성 잉크의 절연성인 바인더 분해에 의한 것으로 열처리에 의하여 금속화가 진행되는 은 오르가노졸 잉크에 비하여 특히 낮은 금속화 온도에서는 저항 값이 30 내지 80% 이상 높음을 알 수 있다.

표1

		100℃	120℃	150℃	200℃	250℃
비교예	PET	0.24	0.19	0.14	0.09	-
	PI	0.24	0.17	0.13	0.08	0.03
	실리콘웨이퍼	0.22	0.16	0.12	0.08	0.03
실시예	PET	0.16	0.09	0.07	0.06	-
	PI	0.14	0.13	0.10	0.08	0.03
	실리콘우웨이퍼	0.13	0.12	0.07	0.06	0.01

*상기 수치 단위는 ohm/sq.

표2(폴리에스테르)

표3(사용기판 폴리이미드)

표4(사용기판 실리콘웨이퍼)

Claims

내열 절연성 기재 필름 위에 분해성 유기금속 물질을 포함하는 잉크로 소정의 미세 패턴 형상으로 인쇄하고 열처리에 의한 금속화에 의하여 도전성 미세 패턴을 갖는 전자파 차단 또는 안테나 용 필름
제1항에 있어서, 상기 미세 패턴이 메쉬 형태인 전자파 차단 또는 안테나 용 필름
제1항에 있어서, 상기 미세 패턴이 Rfid 안테나 형태인 안테나 용 필름
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 도전성 잉크는 금속 전구체, 고분자 바인더와 점도조절제를 포함하는 전자파 차단 또는 안테나 용 필름
제4항에 있어서, 상기 도전성 잉크는 금속 분말을 더 포함하는 전자파 차단 또는 안테나 용 필름
제1항에 있어서, 50℃ 내지 200 ℃의 범위에서 열처리되는 전자파 차단 또는 안테나 용 필름