KR20110077399A - 내열성, 내화학성, 열전도성, 열방사성 및 부착성이 우수한 강판 - Google Patents

내열성, 내화학성, 열전도성, 열방사성 및 부착성이 우수한 강판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내열성, 내화학성, 열전도성 및 열복사성이 우수한 수지 조성물 및 내열성, 밀착성 및 부착성이 우수한 수지 조성물과 같은 차등화된 피막이 강판 양면에 형성된 강판에 관한 것으로서, 본 발명의 일 구현에 의하면, 주제 수지-멜라민계 경화제 조성물 40중량부 이상 50중량부 이하, 안료 5중량부 이상 10중량부 이하, 실란커플링제 1 중량부 이상 5중량부 이하, 소광제 1중량부 이상 5중량부 이하 및 Al재 1중량부 이상 20중량부 이하를 포함하는 금속 PCB용 수지 조성물이 제공된다.

Description

내열성, 내화학성, 열전도성, 열방사성 및 부착성이 우수한 강판{Steel sheet having superior heat-resistance, chemical resistance, thermo-conductivity, heat emissivity and adhesiveness}
본 발명은 내열성, 내화학성, 열전도성 및 열복사성이 우수한 수지 조성물 및 내열성, 밀착성 및 부착성이 우수한 수지 조성물과 같은 차등화된 피막이 금속 PCB용 표면처리 강판 양면에 형성된 강판에 관한 것이다.
최근 녹색성장, 고에너지 효율 산업군에 대한 관심이 높아지는 가운데 LED (Light Emit Diodes)를 광원으로 하는 LED 조명 및 LED TV (LED를 Back light로 하는 LCD TV) 산업이 급격히 성장하고 있다. 상기 LED 조명 및 LED TV 제품의 부품으로 LED가 실장되는 회로기판 (Printed Circuit Board, PCB)의 경우 LED에서 발생하는 열의 분산을 위해 금속재료와 합금재, 이의 후처리 한 제품을 베이스 기판으로 하는 금속 PCB가 널리 사용되고 있다. 이러한 금속 PCB 제품은 LED에서 발생하는 열을 효율적으로 분산하기 위한 기술과 금속 PCB의 제조공정을 단순화하기 위한 기 술 중심으로 연구되고 있다.
금속 PCB의 제조공정은 동박적층, 회로형성, 솔더 레지스터(Solder Resist, S/R), LED 부착 과정을 거치는데, 강판을 베이스 기판으로 하는 금속 PCB는 금속 PCB의 제조공정과정 및 제품 특성에 따라 여러 물성을 필요로 한다.
상기 공정 중 회로형성 공정에서 에칭액, 세정액, 산세액, 탈지액 등 화학처리를 하게 되는데, 이 과정에서 강판의 표면에 산화 및 부식의 발생으로 수지 코팅을 통한 강판의 표면 보호가 필요하다. 이러한 코팅 수지는 에칭액, 세정액, 산세액, 탈지액에 도막박리가 발생하지 않아야 하는 등 수지 조성물의 내화학성이 요구된다.
또한, 금속 PCB 제조공정 중 동박적층 공정, LED 부착 공정에서는 높은 온도에서의 열처리로 인하여 수지 코팅의 열분해 및 황변이 발생할 우려가 있으므로 수지 조성물의 내열성이 확보될 필요가 있다.
아울러, 제작된 금속 PCB는 동박과 베이스 기판 간의 박리로 인하여 내구성이 떨어질 우려가 있기 때문에 결합 쉬트와 베이스 기판 사이의 접착력이 확보될 필요가 있으며, 이와 함께 금속 PCB의 바닥부의 베이스 기판은 LED에서 발생하는 열의 배출을 위해 수지 조성물의 열전도성, 열복사성 개선이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 금속 PCB의 물성을 확보하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 일 구현에 의하면 내열성, 내화학성, 열전도성 및 열복사성이 우수한 수지 조성물과 같은 차등화된 피막이 강판 면에 형성된 금속 PCB용 표면처리 강판이 제공된다.
본 발명의 일 구현에 의하면, 주제 수지-멜라민계 경화제 조성물 40중량부 이상 50중량부 이하, 안료 5중량부 이상 10중량부 이하, 실란커플링제 1 중량부 이상 5중량부 이하, 소광제 1중량부 이상 5중량부 이하 및 Al재 1중량부 이상 20중량부 이하를 포함하는 금속 PCB용 수지 조성물이 제공된다.
본 발명의 일 구현에 따라 제공되는 강판은 내열성, 내화학성, 열전도성 및 열복사성, 밀착성 및 부착성이 우수하기 때문에 LED 기술에 응용하기에 적합하다.
특히, 본 발명의 일 구현에 의한 금속 PCB용 표면처리 강판은 강판의 각 면에서 의도하는 물성을 고려하여 강판의 적어도 한 면에 형성되는 도막의 경우 내열성, 내화학성, 열전도성 및 열복사성이 우수하고, 그 도막상에 형성되는 또 다른 도막의 경우 내열성, 밀착성 및 부착성이 우수하다.
내열성, 내화학성, 열전도성 및 열복사성, 밀착성 및 부착성을 개선하기 위하여 강판 양면에 차등화된 도막이 형성된 본 발명의 일 구현예에 의해 제공되는 강판에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 주제 수지-멜라민계 경화제 조성물 40중량부 이상 50중량부 이하, 안료 5중량부 이상 10중량부 이하, 실란커플링제 1 중량부 이상 5중량부 이하, 소광제 1중량부 이상 5중량부 이하 및 Al재 1중량부 이상 20중량부 이하를 포함하는 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명에서 주제 수지로는 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지 또는 폴리에스테르 수지가 사용될 수 있으나, 이로 제한되지 않는다. 상기 주제 수지는 일종 또는 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다. 상기 수지는 중량평균분자량(Mw)가 2,000 내지 30,000 인 것이 사용될 수 있으며, 상기 범위 내에서 도막의 내용제성, 가공성 측면에서 유리하다.
본 발명에서 주제 수지-멜라민계 경화제 조성물은 주제 수지와 멜라민계 경화제가 1:0.05 내지 1의 중량비, 보다 구체적으로 1:0.1 내지 0.5중량비, 보다 구체적으로 1:0.1 내지 0.4중량비로 혼합될 수 있으며, 상기 범위내에서 내열성과 내화학성의 도막의 물성이 좋아지고, 피막이 잘 형성되는 장점이 있다.
상기 주제 수지-멜라민계 경화성 조성물은 수지 조성물을 구성하는 다른 성분의 배합량과 40 내지 50중량비로 배합될 수 있다. 상기 범위 내에서 도막의 물성 이 좋아지며, 특히 내식성, 내용제성 및 가공성이 좋아진다.
본 발명에서 실란커플링제는 분자내에 2개 이상의 다른 반응기를 포함하고 있어 각종 유기재료와 무기재료를 화학적으로 결합시키는 역할을 한다. 실란커플링제로는 3-아미노프로필트리에폭시 실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란, 3-메타글리옥시프로필트리메톡시 실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시 실란 또는 γ-글리시독시트리메틸디메톡시 실란 등이 사용될 수 있으나, 이로 제한되지 않는다. 상기 실란커플링제는 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
안료는 수지 조성물을 구성하는 다른 성분의 배합량과 5 내지 10 중량부로 배합될 수 있으며, 단독으로 또는 다른 종류를 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 범위 내에서 소지 강판의 은폐율이 높아지고, 흡열 및 방열 특성이 좋아지며, 내용제성, 밀착성 및 외관 물성이 좋아진다. 안료로는 강판에 부여하고자 하는 방열성 또는 색상 등을 고려하여 선택될 수 있으며, 예를 들면 카본블랙, 카본 나노튜브 등의 흑색안료; 그라파이트; 크롬, 철, 니켈, 코발트, 안티몬, 주석, 규소, 납, 알루미늄, 바나듐, 프라세오디뮴, 티타늄 금속의 산화물과 같은 세라믹 안료; PCM 강판에 조색제로 사용되는 유색안료 등을 사용할 수 있다.
소광제는 수지 조성물을 구성하는 다른 성분의 배합량과 1 내지 5중량부로 배합될 수 있으며, 상기 범위 내에서 원하는 광택을 얻을 수 있고, 외관이 좋아진다. 소광제로는 실리카, 산화마그네슘, 지르코니아, 알루미나 또는 티타니아 등이 사용될 수 있으나, 이로 제한되지 않는다. 상기 소광제는 일종 또는 2종 이상의 혼 합물로 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 수지 조성물로 형성된 수지도막을 포함하는 금속 PCB용 표면처리 강판에 관한 것이다.
본 발명은 또한 소지강판; 및 상기 소지강판의 적어도 일면에 유기 수지-멜라민계 경화제 조성물 5중량부 이상 20중량부 이하, 금속 실리케이트 화합물 5중량부 이상 15중량부 미만, 실리카 5중량부 초과 20 중량부 이하, 실란커플링제 1 중량부 이상 10중량부 이하, 및 티타네이트 화합물 1중량부 이상 2중량부 이하를 포함하는 수지 조성물로 형성된 수지도막을 포함하는 강판에 관한 것이다.
본 발명에서, 유기 수지는 구체적으로 아크릴 수지 및 에폭시 수지의 혼합물을 사용할 수 있다. 본 발명에서 아크릴 수지 및 에폭시 수지가 1:0.2 내지 10의 중량비로 배합될 수 있으며, 상기 중량비 범위내에서 도막밀착성과 내열성이 우수한 장점이 있다. 본 발명에서, 유기 수지 및 멜라민계 경화제는 1:0.05 내지 1의 중량비로 혼합될 수 있으며, 상기 중량비 범위내에서 가교도 우수한 장점이 있다.
본 발명에서 금속 실리케이트 화합물은 강판에 코팅되어 3차원의 망상구조를 형성함으로써 강판에 내식성을 부여하고 도금층 및 수지층을 결합시키는 가교역할을 하며, 특히 아연 도금층과의 결합력이 우수하다. 금속 실리케이트 화합물로는 리튬 폴리실리케이트, 소듐 폴리실리케이트, 포타슘 폴리실리케이트 또는 콜로이달 실리카 등이 사용될 수 있으나, 이로 제한되지 않는다. 본 발명에서 금속 실리케이트 화합물은 5중량부 이상 15 중량부 미만의 범위에서 사용할 수 있으며, 이 범위 내에서 의도하는 물성을 충분히 나타낼 수 있고, 코팅도막의 결합력이 우수하다. 상기 금속 실리케이트 화합물은 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
본 발명에서 티타네이트 화합물은 조성물의 가교 및 경화를 촉진하고 도막의 내식성을 향상시키는 작용을 한다. 티타네이트 화합물로는 티타늄 카보네이트, 이소프로필디트리에탄올아미노 티타네이트, 락트산 티타늄킬레이트 또는 티타늄 아세틸아세토네이트 등이 사용될 수 있으나, 이로 제한되지 않는다. 상기 티타네이트 화합물은 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
본 발명에서 티타네이트 화합물은 1 내지 2 중량부로 사용되며, 이 범위로 사용하는 경우 티타네이트 화합물의 가교 및 경화 특성, 내식성이 최적으로 발현될 수 있다.
본 발명은 또한, 소지강판; 소지강판의 적어도 일면에 하도 수지 조성물로 형성된 밀착성 개선도막; 및 상기 소지강판의 밀착성 개선도막에 상도 수지 조성물로 형성된 수지도막을 포함하는 강판에 관한 것이며, 본 발명에서, 소지강판은 구체적으로 아연도금강판일 수 있다.
이하, 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1>
1. 강판
강판으로는 양면에 아연도금이 된 전기아연 도금강판(electogalvanized steel EG)를 사용하였다.
2. 내열성, 밀착성, 부착성 수지 조성물의 제조
내열성, 밀착성, 부착성 수지 조성물 100 중량부에 대하여 하기 표 1에 기재한 바와 같은 조성의 아크릴/에폭시계 수지-멜라민계 수지 조성물 (아크릴계 수지와 에폭시계 수지 = 50:50 중량부로 혼합), 금속 실리케이트 화합물, 실리카, 실란커플링제 및 티타네이트 화합물을 혼합하여 500~2000rpm에서 15분 교반 과정을 거쳐 수지 조성물을 제조하였다. 아크릴수지 (유시로화학의 D-100), 에폭시수지 (유시로화학 E-50), 실란커플링제 (에폭시 실란계 화합물), 멜라민 수지(ethylated Melamine-Formaldehyde Resin/CYMEL P-613), 금속 실리케이트(Lithium Polysilicate, Lithium Silicate_H/신흥규산).
3. 내열성, 내화학성, 열전도성, 열방사율이 우수한 수지 조성물의 제조
수지 조성물 100중량부에 대하여 하기 표 2에 기재한 바와 같은 조성의 주제 수지-멜라민계 경화제 조성물, 구형의 Al재, 흑연, 안료, 실란커플링제, 소광제를 혼합하여 Bead Mill에서 500~100 Rpm에서 15분간 교반과정을 거쳐 수지 조성물을 제조하였다.
<실험예 1> 내열성, 밀착성, 부착성 측정 시험
1. 내열성 테스트
270℃에서 30분 열처리 후 황변발생 정도로 열변색에 의한 색차(ΔE)를 측정하였다.
우수 0 <ΔE< 1, 보통: 1 <ΔE < 3 열위: ΔE > 3
2. 밀착성
코팅시편을 1mm x 1mm의 박스형태로 크로스-컷(Cross-cut)하여 100개를 만든 후 테이핑 테스트(Taping Test)를 실시하여 벗겨진 칸 수를 측정하였다.
우수 0~5, 보통 6~20, 열위 : 20이상
3. 부착성
코팅 시편 위에 결합쉬트(Bonding Sheet)와 동박을 적층 한 후 압력 40~50 Kgf/cm2, 진공 10-3Torr, 온도 150~190℃, 가공시간 60분 처리 후 양면에 Dolly 부착 후 인장강도를 측정하였다.
우수 50kgf/cm2 이상, 보통 10 ~ 50Kgf/cm2, 열위 10 Kgf/cm2 이하
상기 내열성, 밀착성 및 부착성 측정 결과는 하기 표 1에 나타낸 바와 같다:
[표 1] 내열성, 밀착성, 부착성이 우수한 수지조성물의 조성비와 품질특성
Figure 112009081600659-PAT00001
<실험예 2> 내열성, 내화학성 및 열전도성 측정 시험
1. 내열성
270 ℃에서 30분 열처리 후 황변발생 정도로 열변색에 의한 색차(ΔE)를 측정하였다.
우수 0 <ΔE < 5, 보통: 5 <ΔE < 10 열위: ΔE > 10
2. 내화학성
Trichloro Ethane(TCE)을 묻힌 헝겊으로 코팅 강판을 문지를 때 도막이 벗겨지는 때의 문지른 회수를 측정하였다.
우수 : 50회 이상 보통 30~50 열위 30이하
3. 열전도성
레이저 플래쉬(Laser flash)법에의 해 열 확산 계수를 측정하고 비열, 밀도를 측정한 뒤 세 값의 곱으로 열전도율을 측정하였다.
우수 : 65 W/m.K 이상 보통 60~65 W/m.K, 열위 60W/m.K이하
4. 열복사성
열복사성은 코팅시편 표면의 방사율을 측정하여 구하였다. 시료의 원적외선 방사율 측정방법은 modified Fourier Transform Spectrometer (MIDAC M2410 - USA. MIDAC. Corp.)를 이용하여 흑체로(Isothermal Tec. LTD. Model 24013-1)의 온도가 40 ℃일 때 원적외선의 양을 측정하고 시료 가열로에 장착된 시료의 표면온도가 흑체로와 동일온도가 되었을 때 원적외선 양을 측정하여 구하였다.
우수 방사율 > 0.95 보통 0.85~0.95 열위 0.85<
상기 내열성, 내화학성 및 열전도성 측정결과는 하기 표 2에 나타낸 바와 같다:
[표 2] 내열성, 내화학성, 열전도성, 열복사성이 부착성이 우수한 수지조성물의 조성비와 품질특성
Figure 112009081600659-PAT00002
도 1은 LED, 솔더 레지스트, 동박, 본딩 쉬트, 베이스 기판으로 구성된 금속 PCB의 모식도이다.
도 2는 금속 PCB의 제조과정을 도시한 것이다.
도 3은 소지 강판의 양면에 수지도막과의 밀착성, 내열성, 동박적층판의 본딩 쉬트와의 접착력이 우수한 수지 코팅 도막이 형성된 스틸 PCB용 수지 피복 강판의 측면 단면도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호 설명
a: LED (Light Emit Diodes)
b: 솔더 레지스트(Solder resist, S/R)
c: 동박 (Copper foil)
d: 결합 쉬트(bonding sheet)
e: 베이스 기판

Claims (12)

  1. 주제 수지-멜라민계 경화제 조성물 40내지 50중량부;
    안료 5 내지 10중량부;
    실란커플링제 1 내지 5중량부;
    소광제 1 내지 5중량부; 및
    Al재 1 내지 20중량부를 포함하는 금속 PCB용 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서
    주제 수지가 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지 및 폴리에스테르 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 최소 일종인 것을 특징으로 하는 금속 PCB용 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서
    주제 수지-멜라민계 경화제 조성물은 주제 수지와 멜라민계 경화제가 1:0.05 내지 1의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 금속 PCB용 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서
    실란커플링제가 3-아미노프로필트리에폭시 실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란, 3-메타글리옥시프로필트리메톡시 실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시 실란 및 γ-글리시독시트리메틸디메톡시 실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 일종 이상인 것을 특징으로 하는 금속 PCB용 수지 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 수지 조성물로 형성된 수지도막을 포함하는 금속 PCB용 표면처리 강판.
  6. 소지강판;
    상기 소지강판의 적어도 일면에 유기 수지-멜라민계 경화제 조성물 5 내지 20중량부, 금속 실리케이트 화합물 5내지 15중량부, 실리카 5내지 20 중량부, 실란커플링제 1 내지 10중량부 및 티타네이트 화합물 1 내지 2중량부를 포함하는 수지 조성물로 형성된 밀착성 개선도막; 및
    상기 밀착성 개선도막의 적어도 일면에 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 수지 조성물로 형성된 수지도막을 포함하는 금속 PCB용 표면처리 강판.
  7. 제6항에 있어서
    상기 유기 수지가 아크릴 수지 및 에폭시 수지의 혼합물인 것을 특징으로 하는 금속 PCB용 표면처리 강판.
  8. 제7항에 있어서
    아크릴 수지 및 에폭시 수지가 1:0.2 내지 10의 중량비인 것을 특징으로 하는 금속 PCB용 표면처리 강판.
  9. 제6항에 있어서
    유기 수지 및 멜라민계 경화제가 1:0.05 내지 1의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 금속 PCB용 표면처리 강판.
  10. 제6항에 있어서
    금속 실리케이트 화합물이 리튬 폴리실리케이트, 소듐 폴리실리케이트, 포타슘 폴리실리케이트 및 콜로이달 실리카로 이루어진 군으로부터 선택되는 일종 이상인 것을 특징으로 하는 금속 PCB용 표면처리 강판.
  11. 제6항에 있어서
    실란커플링제가 3-아미노프로필트리에폭시 실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란, 3-메타글리옥시프로필트리메톡시 실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시 실란 및 γ-글리시독시트리메틸디메톡시 실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 일종 이상인 것을 특징으로 하는 금속 PCB용 표면처리 강판.
  12. 제6항에 있어서
    티타네이트 화합물이 티타늄 카보네이트, 이소프로필디트리에탄올아미노 티타네이트, 락트산 티타늄킬레이트 및 티타늄 아세틸아세토네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 일종 이상인 것을 특징으로 하는 금속 PCB용 표면처리 강판.
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