KR20140048134A

KR20140048134A - 전자기 차폐 개스킷 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20140048134A
Application number: KR1020137033606A
Authority: KR
Inventors: 웨이 드 리우; 징 팡
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2014-04-23
Also published as: US20140216807A1; WO2012159258A1; TW201302048A; CN103535123A; TWI556720B; CN103535123B

Abstract

본 발명은 전자기 차폐 개스킷 및 그 제조 방법을 제공하고, 양호한 전기 전도성 및 자기 확산성은 개방 셀 발포체 상에 적절한 비에 따라 Co/Ni 합금의 층을 전기 도금함으로써 달성되고, 개스킷은 전계 및 자계에 대한 차폐 기능을 동시에 달성할 수 있다.

Description

전자기 차폐 개스킷 및 그 제조 방법{Electromagnetic Shielding Gasket and Method for Making Same}

본 발명은 전자기 차폐 기술에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 전자기 간섭(EMI)/무선 주파수 간섭(RFI)을 차폐하는 데 유용한 전자기 차폐 개스킷에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전자기 차폐 개스킷을 제조하는 방법에 관한 것이다.

전자기 간섭(EMI)은 전자/전기 디바이스에서 발생되거나 그로부터 방사되는 전자기 방출의 원하지 않는 부분이고, 전자/전기 디바이스의 정상 동작에 대한 외란을 야기한다. 이론적으로, 이러한 전자기 간섭은 전자기 스펙트럼의 임의의 주파수 대역에서 일어날 수 있다. 무선 주파수 간섭(RFI)은 종종 전자기 간섭(EMI)을 동반한다. 실제로, 무선 주파수 간섭(RFI)은 전자기 주파수 스펙트럼의 무선 주파수 대역(즉, 10 KHz 내지 100 GHz의 주파수 대역)으로 제한되어 있다.

전자기 간섭(EMI)/무선 주파수 간섭(RFI)을 효과적으로 방지하기 위해, 차폐 요소는 보통 전자기 간섭/무선 주파수 간섭 소스와 보호를 필요로 하는 영역 사이에 위치되어 있다. 이 차폐 요소는 전자기 에너지가 전자기 간섭/무선 주파수 간섭의 소스로부터 방사하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 마찬가지로, 이는 또한 외부 전자기 에너지가 전자기 간섭/무선 주파수 간섭의 소스에 들어가는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다.

일반적으로, 차폐 요소는, 예를 들어, PCB 보드 상의 접지선을 통해 접지되어 있을 수 있는 전기 전도성 인클로저의 형태를 취한다. 종래 기술에서, 이 전기 전도성 인클로저는 전자기 차폐 개스킷 물질에 의해 일체로 형성될 수 있다. 더욱이, 엔지니어링 실무에서, 내부 전기 회로 또는 구조물의 측면들로부터의 필요성으로 인해, 전기 전도성 인클로저 상에 홈이 제조될 수 있고, 그에 의해 차폐 요소 상에 갭이 형성된다. 이러한 경우에, 차페 개스킷은, 전자기 에너지가 전자기 간섭/무선 주파수 간섭의 소스로부터 방사하는 것을 방지하기 위해 또는 외부 전자기 에너지가 전자/전기 디바이스에 들어가는 것을 방지하기 위해, 차폐 요소 상에 형성된 갭을 채우는 데 사용될 수 있다.

최근에, 휴대용 이동 전화, PDA 및 내비게이션 시스템 등의 전자/전기 디바이스는 점점 더 소형으로 되고, 이들은 양호한 휴대성을 가질 필요가 있다. 한편으로는, 먼지 또는 습기가 이들 통신 디바이스의 중심부(예를 들어, LCD 모듈의 내부)에 들어가는 것을 방지하기 위해, 그리고 개인적 휴대 또는 출하 동안 충돌, 지상으로 떨어지는 것 등에 의해 야기되는 모듈에 대한 충격 및 진동을 방지하기 위해, 전자/전기 디바이스에서 사용되는 전자 모듈의 외부에 높은 충격 및 진동 흡수 기능을 가지는 흡수성 개스킷 물질을 설치할 필요가 있다. 보통, 이러한 흡수성 개스킷 물질은 폴리우레탄 발포체 등의 미세 다공성(micro-porous) 물질로 이루어져 있고, 따라서 이 물질은 어떤 탄력성 및 복원성을 가진다. 다른 한편으로는, 이들 전자 통신 디바이스에서 LCD 모듈을 사용하는 화면이 확대되고 영상 및 텍스트 통신 및 디지털 사진 등의 기능이 다양화됨에 따라, 전자/전기 디바이스에서 사용되는 전기 회로 및 전자 모듈이 디바이스의 내부 및 외부로부터 발생된 정전기, 전자기파, 자계에 아주 민감하게 되고, 내부 및 외부 전자기 간섭/무선 주파수 간섭 소스로부터의 영향에 취약하게 된다.

이 때문에, 앞서 기술한 전자/전기 디바이스에서의 흡수성 개스킷 물질은 높은 충격 및 진동 흡수 기능을 가질 뿐만 아니라, 전자/전기 디바이스 내부의 좁은 공간에서 갭리스 밀봉(gapless sealing) 기능을 가지며 전자/전기 디바이스의 내부 및 외부에서 발생된 전자기 간섭(EMI)/무선 주파수 간섭(RFI)에 대한 차폐 기능을 가질 필요가 있다.

US 6,309,742는 개방 셀 발포체 상에 금속 물질의 층을 증착함으로써 제조되는 차페 개스킷을 개시하고 있다. 증착된 금속 물질은, 개방 셀 발포체 내로 침투할 수 있기 때문에, 개방 셀 발포체에 양호한 전기 전도성을 제공한다. 그에 따라, 개스킷 물질이 다양한 형상으로 다이 커팅되거나 차폐 요소로 형성될 수 있고, 전자/전기 디바이스 내를 채우거나 그 주위를 덮는 데 사용될 수 있고, 이어서 그의 전기 전도성이 전자/전기 디바이스의 내부 및 외부에서 발생된 전자기 간섭(EMI)/무선 주파수 간섭(RFI)을 차폐하는 데 이용될 수 있다. 그렇지만, 앞서 기술한 종래 기술은 어떤 단점들 및 문제점들을 가진다. 개스킷 물질이 어떤 레벨의 전기 전도성을 가지며, 따라서 정전기 및 전계에 대해 양호한 차폐 성능을 가지지만, 그의 차폐 성능은 전자/전기 디바이스의 내부 및 외부에서 발생된 자계와 관련해서는, 특히 지구 근접 자계(near-earth magnetic field)에 대해서는 만족스럽지 않다.

따라서, 전계 및 자계를 동시에 효과적으로 차폐할 수 있는 전자기 차폐 개스킷이 필요하다.

[발명의 개요]

본 발명의 목적은 전계 및 자계에 대한 차폐 기능을 동시에 달성할 수 있는 전자기 차폐 개스킷을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 발포체 기재 및 발포체 기재 상에 증착된 금속층을 포함하는 전자기 차폐 개스킷이 제공되고, 여기서 금속층은 니켈 및 코발트를 함유하고, Co/(Co+Ni)의 비는 0.2 중량% 내지 85 중량%이다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 전자기 차폐 개스킷을 제조하는 방법이 제공되고, 이 방법은

발포체 기재에 대해 사전 금속화 처리(pre-metalizing treatment)를 수행하는 단계; 및

Co 및 Ni를 함유하는 금속층을 획득하기 위해 사전 금속화된 발포체 기재에 대해 금속화 처리를 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 전자기 차폐 개스킷은 전계 및 자계에 대한 차폐 기능을 동시에 달성할 수 있다.

<도 1>
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전자기 차폐 개스킷의 구조의 개략도.
<도 2>
도 2는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 전자기 차폐 개스킷의 구조의 개략도.
<도 3>
도 3은 본 발명에서 사용되는 자기 특성 검사 방법의 개략도.
<도 4>
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전자기 차폐 개스킷의 SEM 사진.
<도 5>
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전자기 차폐 개스킷의 EDS 스펙트럼.
[발명의 상세한 설명]
달리 언급하지 않는 한, 본 발명에서 기술되는 모든 퍼센트 및 비는 중량 기준이다.
본 발명의 전자기 차폐 개스킷에서, 발포체 기재는 그 안에 셀들이 분포되어 있는 개방 셀 발포체이다. 발포체 기재에 대한 물질이 탄성을 가지며 외력 하에서 소정의 복원성을 가지는 한, 그에 대한 어떤 제한도 없다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 전자기 차폐 개스킷의 발포체 기재는 발포 공정(foaming process)에서 탄성 중합체 물질 또는 열 엘라스토머(thermo-elastomer)로 제조되는 개방 셀 발포체이다. 탄성 중합체 물질은, 예를 들어, 폴리우레탄, 폴리비닐 클로라이드, 실리콘 수지, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체(EVA), 폴리에틸렌 등이다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 전자기 차폐 개스킷의 발포체 기재는 두께가 0.1 내지 50 ㎜, 바람직하게는 0.1 내지 10 ㎜, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 5 ㎜, 그리고 가장 바람직하게는 1.0 내지 3.0 ㎜이다. 두께가 0.1 ㎜ 미만인 경우, 발포체 기재는 그의 압축성 및 탄력성을 상실할 수 있고; 두께가 50 ㎜ 초과인 경우, 금속이 발포체 기재 상에 증착된 후에, 수직 방향에서의 그의 전기 전도성이 감소하는 경향이 있다.
한편으로는, 충격을 흡수하고 진동을 차단할 수 있는 발포체 기재를 제공하기 위해, 다른 한편으로는, 전자기 차폐 개스킷이 소정의 갭 내로 압착될 때 확실한 밀봉을 보장해주기 위해, 발포체 기재는, 그에 외력이 가해질 때, 어느 정도의 압축성을 가질 필요가 있다. 본 발명의 일 실시 형태에서, 전자기 차폐 개스킷의 발포체 기재는 초기 두께에 대해 50% 이상, 바람직하게는 70% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상, 그리고 가장 바람직하게는 90% 이상의 압축 변형(compressible deformation)을 가진다. 압축 변형이 초기 두께에 대해 50% 미만인 경우, 높은 충격 및 진동의 흡수가 적절하지 않은 경향이 있다. 압축 변형은, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 0.34 MPa (50 PSI)를 초과하지 않는 압력 하에서의 값이다.
다른 한편으로는, 발포체 기재는, 발포체 기재로부터 외력이 제거될 때, 어느 정도의 복원성을 가질 필요가 있다. 본 발명의 일 실시 형태에서, 전자기 차폐 개스킷의 발포체 기재는 50% 이하, 바람직하게는 30% 이하, 더욱 바람직하게는 20% 이하, 그리고 가장 바람직하게는 10% 이하의 잔류 변형(residual deformation)을 가진다. 발포체 기재의 잔류 변형(영구 변형)이 50% 초과인 경우, 그의 높은 충격 및 진동 흡수 그리고 갭리스 밀봉 기능은 오랜 사용 후에 감소하는 경향이 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 전자기 차폐 개스킷의 발포체 기재는 3.94 내지 196.9 ppcm(10 내지 500 ppi), 바람직하게는 19.7 내지 118.1 ppcm(50 내지 300 ppi), 더욱 바람직하게는 19.7 내지 78.7 ppcm(50 내지 200 ppi), 그리고 가장 바람직하게는 31.5 내지 59.1 ppcm(80 내지 150 ppi)의 기공률을 가진다. 발포체 기재의 기공률이 3.94 ppcm(10 ppi) 미만인 경우, 금속층 증착을 달성하는 것이 어려울 것이고; 기공률이 196.9 ppcm(500 ppi) 초과인 경우, 발포체 기재의 기계적 강도가 적절하지 않은 경향이 있다. 개방 셀 발포체 기재 상에 Co 및 Ni를 함유하는 금속층을 증착하여 개방 셀 발포체 기재가 양호한 전기 전도성 및 자기 확산성을 갖도록 하기 위해 진공 증발 코팅, 전기 도금 또는 화학 도금 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 발포체 기재 및 발포체 기재 상에 증착된 금속층을 포함하는 전자기 차폐 개스킷이 제공되고, 금속층은 니켈 및 코발트를 함유하며, 여기서 Co/(Co+Ni)의 비는 0.2 중량% 내지 85 중량%, 바람직한 실시 형태에서, 2 중량% 내지 70 중량%, 더욱 바람직한 실시 형태에서, 5 중량% 내지 50 중량%, 그리고 가장 바람직한 실시 형태에서, 5 중량% 내지 35 중량%이다. 개방 셀 발포체 기재가 많은 작은 개방 셀을 가지기 때문에, 금속층이 개방 셀 발포체 기재 상에 증착된 후에, 개방 셀 발포체 기재는 표면 전기 전도성(surface electrical conductivity)을 달성할 뿐만 아니라, 개방 셀 발포체 기재 상에서 수직 방향 및 다른 방향들에서 자유 전기 전도성(free electrical conductivity)을 달성하여, 양호한 연속적인 전기 전도성을 가지는 3차원 발포체 구조물을 형성한다. 금속층이 Co를 함유하기 때문에, 전기 도금된 발포체의 강자성(ferromagnetism)도 역시 증가된다. 본 발명의 목적을 달성하는 데 Co/Ni 합금에서의 코발트 함유량이 중요하다. Co/Ni 비가 어떤 값에 도달할 때, 그의 자기 확산성이 상당히 증가될 것이다. 양호한 자기 확산성을 달성하기 위해, Co/Ni 합금에서의 코발트 함유량이 상기 범위 내에서 제어되어야만 한다. 본 발명에서, 예를 들어, 전기 도금 용액에서의 Co²⁺ 이온과 Ni²⁺ 이온의 비를 제어함으로써 그 목적이 달성된다. Co/(Co+Ni)의 중량비가 그 범위를 벗어날 때, 양호한 전기 전도성을 유지하면서 자기 특성의 비교적 명백한 유익한 결과를 달성하는 것이 어려울 것이다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 니켈 및 코발트 층이 그 위에 증착되어 있는 발포체 기재의 (Co+Ni)/발포체의 비는 1중량% 내지 50 중량%, 바람직하게는 2 중량% 내지 30 중량%, 더욱 바람직하게는 3 중량% 내지 20 중량%, 그리고 가장 바람직하게는 5 중량% 내지 10 중량%이다. 금속 증착층은 두께가 10 내지 2000 ㎚, 바람직하게는 50 내지 1800 ㎚, 더욱 바람직하게는 100 내지 1500 ㎚, 그리고 가장 바람직하게는 200 내지 1000 ㎚이다. (Co+Ni)/발포체의 중량비 또는 금속 증착층의 두께가 상기 범위 내에 있을 때, 전자기 차폐 개스킷은 전계 및 자계에 대한 양호한 차폐 기능을 제공할 수 있고, 적절한 탄력성 및 복원성을 가질 수 있다. (Co+Ni)/발포체의 중량비 또는 금속 증착층의 두께가 증가함에 따라, 전자기 차폐 개스킷의 탄력성 및 복원성이 감소된다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 발포체 기재 상에 증착되는 금속층은 몰리브덴, 망간, 구리, 크롬, 또는 그 조합으로부터 선택된 금속을 추가로 포함한다. 금속층이 그 위에 증착되어 있는 발포체 기재에서 발포체의 중량 대 금속의 총 중량의 비는 1% 내지 50%, 바람직하게는 2% 내지 40%, 더욱 바람직하게는 3% 내지 30%, 가장 바람직하게는 5% 내지 20%이다. 금속 증착층은 두께가 10 내지 2000 ㎚, 바람직하게는 50 내지 1800 ㎚, 더욱 바람직하게는 100 내지 1500 ㎚, 그리고 가장 바람직하게는 200 내지 1000 ㎚이다. 발포체의 중량 대 금속의 총 중량의 비 또는 금속 증착층의 두께가 상기 범위 내에 있을 때, 전자기 차폐 개스킷은 전계 및 자계에 대한 양호한 차폐 기능을 달성할 수 있고, 적절한 탄력성 및 복원성을 가질 수 있다. 발포체의 중량 대 금속의 총 중량의 비가 증가함에 따라 또는 금속 증착층의 두께가 증가함에 따라, 전자기 차폐 개스킷의 탄력성 및 복원성이 감소된다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 중합체 층, 예를 들어, 폴리우레탄 층은 발포체 기재 상에 증착된 금속층 상에 추가로 코팅되어 있다. 중합체 층은 주로 금속층의 산화 방지 및 보호의 기능을 가진다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 전자기 차폐 개스킷의 인장 강도는 0.039 내지 39.4 N/㎝(0.1 내지 100 N/인치), 바람직하게는 0.12 내지 31.5 N/㎝(0.3 내지 80 N/인치), 더욱 바람직하게는 0.24 내지 19.7 N/㎝(0.6 내지 50 N/인치), 그리고 가장 바람직하게는 0.39 내지 11.8 N/㎝(1 내지 30 N/인치)이다. 전자기 차폐 개스킷의 인장 강도가 0.039 N/㎝(0.1 N/in) 미만인 경우, 전자기 차폐 개스킷의 처리 거동이 좋지 않게 된다. 본 발명에서, 파단(break) 시의 인장 강도를 검사하기 위해 표준의 2.54-㎝(1-인치) 폭의 시편을 사용하여 ASTM D 1000 표준에 따라 인장 강도 검사가 수행된다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 전자기 차폐 개스킷의 표면 전기 저항은 1 내지 2000 mΩ/γ, 바람직하게는 5 내지 1000 mΩ/γ, 더욱 바람직하게는 10 내지 800 mΩ/γ, 그리고 가장 바람직하게는 20 내지 500 mΩ/γ이다. 전자기 차폐 개스킷의 표면 전기 저항이 2000 mΩ/γ 초과인 경우, 전자기 차폐 개스킷의 전자기 차폐 기능이 적절하지 않은 경향이 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 전자기 차폐 개스킷의 표준 강자성 유인 거리(standard ferromagnetic attraction distance)는 1.5 ㎝ 초과, 바람직하게는 1.8 ㎝ 초과, 더욱 바람직하게는 2 ㎝ 초과, 가장 바람직하게는 2.5 ㎝ 초과이다. 본 발명에서, 최적화된 Co/Ni 강자성 코팅(ferromagnetic coat)을 발포체 기재 상에 증착함으로써 발포체의 전체 자기 확산성이 증가됨에 따라, 이 물질을 검사하는 데 종래의 연자성 물질(soft magnetic material) 검사 방법을 사용하는 것이 적당하지 않은데, 그 이유는 발포체 기재가 연질이고 압축성이 높기 때문이다. 그렇지만, 자기 확산성이 연자성 물질의 강자성을 평가하는 중요한 참조 파라미터이기 때문에, 자기 확산성의 크기는 동일한 크기의 자력(magnetic force) 하에서의 효과의 크기, 즉 단위 면적당 자력선의 세기(밀도)를 특징지운다. 보통, 밀도가 높을수록, 연자성 특성(soft magnetic properties)이 더 좋고 나타낸 유인력(exhibited attraction force)이 더 강하다. 이 이론에 기초하여, 표준 영구 자석이 본 발명에서 일정한 외부 자계로서 사용되고, 영구 자석은 금속화된(자화된) 발포체 시편에 작용하는 일정한 자력을 제공한다. 자력의 크기를 특징지우기 위해, 일정한 중량의 발포체 단편이 효과가 발생하는 거리에 기초하여 유인력의 크기를 결정하기 위한 본 발명에서의 부하로서 사용된다. 발포체 중량이 동일한 경우, 외부 자계 세기(힘)가 동일할 때, 보다 긴 유인 거리는 발포체 시편의 보다 나은 자기 확산성 및 보다 강한 자기 특성을 의미한다는 것을 잘 알 것이다. 본 발명의 전자기 차폐 개스킷은 보다 긴 유인 거리를 가지며 보다 나은 자기 특성을 나타낸다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 전자기 차폐 개스킷의 압축 변형은 초기 두께에 대해 30% 초과이고, 바람직하게는 초기 두께에 대해 50% 초과이며, 더욱 바람직하게는 초기 두께에 대해 70% 초과이고, 그리고 가장 바람직하게는 초기 두께에 대해 80% 초과이다. 압축 변형이 초기 두께에 대해 30% 미만인 경우, 높은 충격 및 진동의 흡수가 적절하지 않은 경향이 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서, 전자기 차폐 개스킷의 잔류 변형(영구 변형)은 50% 미만, 바람직하게는 30% 미만, 더욱 바람직하게는 20% 미만, 그리고 가장 바람직하게는 10% 미만이다. 전자기 차폐 개스킷의 잔류 변형(영구 변형)이 50% 초과인 경우, 그의 높은 충격 및 진동 흡수 그리고 갭리스 밀봉 기능은 오랜 사용 후에 감소하는 경향이 있다.
금속-전기 도금된 발포체에 부가하여, 본 발명의 전자기 차폐 개스킷은 또한 전기 전도성 층, 박리지(release paper) 등과 같은 부가의 기능층을 가질 수 있다. 부가의 층들은 접착제에 의해 발포체에 접합된다. 접착제는 전도성 접착제 또는 비전도성 접착제일 수 있다. 비전도성 접착제가 사용될 때, 이는 전자기 차폐 개스킷의 전계 차폐 성능에 어떤 영향을 미칠 수 있다. 바람직하게는, 전도성 접착제가 접착제로서 사용된다.
전도성 접착제는 적절한 비율의 전도성 입자를 아크릴 접착제에 첨가함으로써 제조될 수 있다. 전도성 입자의 양은, 예를 들어, (전도성 입자)/(전도성 입자 + 접착제)의 비가 3 중량% 내지 60 중량%이도록 되어 있다. 전도성 입자는, 예를 들어, 니켈 분말, 은 분말, 은-코팅된 유리, 은-코팅된 구리 분말, 흑연 분말(탄소 분말), 합성 전도성 입자 등일 수 있다.
전도성 층은 동박(copper foil)을 비롯한 다양한 유형의 금속박(metal foil)일 수 있고, 또한 다양한 유형의 금속화된 천 또는 부직포 천 등일 수 있다.
본 발명은 또한 전자기 차폐 개스킷을 제조하는 방법을 제공하고, 이 방법은 발포체 기재에 대해 사전 금속화 처리를 수행하는 단계; 및 Co 및 Ni를 함유하는 금속층을 획득하기 위해 사전 처리된 발포체 기재에 대해 금속화 처리를 수행하는 단계를 포함한다. 이 공정에서, 사전 금속화 처리는 차후의 금속화 처리에 필요한 준비를 제공한다. 이는 진공 공정에 의해 금속 Ni, 또는 Pb 등의 유사한 전위를 가지는 다른 금속들의 얇은 층을 발포체 기재 상에 증착한다. 발포체 천(foam fabric) 상의 금속층은 연속층이 아니고, 주로 차후의 금속화 처리에서의 증착을 위한 코어로서, 예를 들어, 수용액 전기 도금(aqueous electroplating)에서의 Co²⁺ 및 Ni²⁺ 증착을 위한 코어로서 역할하여, Co²⁺ 및 Ni²⁺의 효과적인 증착을 보장함으로써 Co²⁺ 및 Ni²⁺ 이온이 동시에 발포체 기재 상으로 이동하여 실질적으로 균일하고 조밀하며 신뢰성있는 Co/Ni 합금 코팅을 형성할 수 있게 해준다. 사전 금속화 처리는, 예를 들어, 진공 증발 코팅, 화학 기상 증착, 플라즈마 스퍼터링 및 플라즈마 화학 기상 증착에 의해 달성될 수 있다. 금속화 처리는 진공 증발 코팅, 전기 도금 또는 화학 도금 등에 의해, 예를 들어, 수용액 전기 도금에 의해 달성될 수 있다.
전기 도금된 발포체가 양호한 강자성 특성을 갖기 위해, 얻어진 금속층에서의 코발트 함유량이 적절한 범위에 있도록 전기 도금 용액에서의 Co²⁺ 이온과 Ni²⁺ 이온의 비가 적절히 제어되어야만 한다. 본 발명에서, 전기 도금 용액에서의 Co²⁺/(Co²⁺+Ni²⁺)의 비는, 예를 들어, 0.2% 내지 85%, 바람직하게는 2% 내지 70%, 더욱 바람직하게는 5% 내지 50%, 가장 바람직하게는 5% 내지 35%이다.
도 1은 본 발명의 전자기 차폐 개스킷의 일 실시 형태를 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전자기 차폐 개스킷은 코발트/니켈-전기 도금된 발포체(1), 전도성 접착제(2)에 의해 발포체의 한쪽 측면에 접합되어 있는 동박(3), 및 전도성 접착제(4)에 의해 동박(3) 상에 접합되어 있는 박리지(5)를 포함하고 있다.
도 2는 본 발명의 전자기 차폐 개스킷의 다른 실시 형태를 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전자기 차폐 개스킷은 코발트/니켈-전기 도금된 발포체(1), 발포체의 한쪽 측면 상에 접합되어 있는 전기 전도성 층(6), 전도성 접착제(2)에 의해 발포체의 다른쪽 측면에 접합되어 있는 동박(3), 및 전도성 접착제(4)에 의해 동박(3) 상에 접합되어 있는 박리지(5)를 포함하고 있다.
본 발명에서, 개방 셀 발포체의 Co/Ni 금속화를 위한 준비 공정은
1. 요구 사항을 만족시키는 두께, 폭, 및 길이를 갖는 개방 셀 발포체를 제조하는 단계;
2. 개방 셀 발포체에 대해 사전 금속화 처리(PVD 공정)를 수행하는 단계;
3. 사전 처리된 개방 셀 발포체에 대해 Co/Ni 수용액 전기 도금 금속화 처리를 수행하는 단계;
4. 건조하는 단계;
5. 롤 수집(roll collecting)하는 단계를 포함한다.
실시예
본 발명을 추가로 설명하기 위해 이하의 실시예들이 제공되지만, 이들이 첨부된 특허청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위를 제한하지는 않는다.
I. 본 발명에서 사용되는 원료 및 그의 공급처가 이하에 요약되어 있다.
폴리우레탄(PU) 발포체는 일본의 INOAC Corporation으로부터 구매되었고, 그의 제품 번호는 표 1에 요약되어 있다.
<표 1>

실시예들에서 사용되는 염화 니켈, 황산 니켈, 황산 코발트, 붕산 및 기타 화학 물질은 공업용이고 China National Pharmaceutical Group Corporation으로부터 구매되었다.
II. 특성 평가 방법
1. 잔류 변형의 검사
고정밀 디지털 두께 측정기(543-392BS, 일본의 Mitutoyo Company로부터 구매함) 및 네 모서리가 나사 너트로 고정되어 있는 스테인레스강 변형 유지 클램핑 고정구를 사용하여 이하의 절차에 따라 검사가 수행되었다.
5.08-㎝ x 5.08-㎝(2-인치 × 2-인치) 발포체 시편이 절단되고, 그의 자유 두께(freedom thickness)[무변형 두께(deformation-free thickness)]를 측정하기 위해 8개의 균일하게 분포된 점들이 취해졌으며, 평균 초기 두께 T₀가 계산되었다. 발포체 시편이 변형 유지 클램핑 고정구 상에 놓여 있지 않을 때, 네 모서리에 있는 나사들을 조여서 상부 부분과 하부 부분을 완전히 결합(tightly fitted)되게 하고, 이어서 고정구의 결합된 두께(fitted thickness) T₁이 측정되었다. 이어서, 발포체 시편이 변형 유지 클램핑 고정구의 중앙에 놓여졌고, 고정구의 측정된 두께 T₂가 T₁+ (T₀/2)로 되도록 네 모서리에 있는 나사가 점진적으로 조여졌다 - 즉, 발포체가 압착되어 평균 초기 두께 T₀의 50%로 유지되었다 -. 시편이 클램핑되어 있는 클램핑 고정구가 일정 온도의 오븐에 놓여졌고, 오븐 온도가 22 시간 동안 70℃ ± 2℃로 유지되었다. 클램핑 고정구가 꺼내지고 나사가 풀어졌으며, 이어서 발포체 시편이 꺼내지고 10분 동안 완화 상태(relaxed state)에서 냉각될 수 있었다. 그의 자유 두께(무변형 두께)를 측정하기 위해 8개의 균일하게 분포된 점이 취해졌고, 평균 복원 두께(average recovered thickness) T₃가 계산되었다. 하기의 식에 따라 잔류 변형이 계산되었다:

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2. 표면 전기 저항의 검사
MIL-G-83528 표준에 명시되어 있는 바와 같은 표준 클램핑 고정구가 사용되었고, 클램핑 고정구의 표준 중량은 250 g이다. 클램핑 고정구의 전극이 금으로 코팅되었다. 전극과 측정되는 가공물 사이의 접촉 영역은 25.4 ㎜ x 4.75 ㎜이고, 전극들 사이의 거리는 25.4 ㎜이다. 2개의 전극이 측정될 전자기 차폐 개스킷 시편의 표면 상에 위치되었고 전극들 사이의 거리는 25.4 ㎜였다. 2개의 전극 사이의 전기 저항이 기록되자마자 검사가 완료되었다.
3. 자기 특성의 검사
본 발명에서 사용되는 자기 특성 검사 방법이 도 3에 도시되어 있고, 여기서 1은 NdFeB 영구 자석을 나타내며, 2는 Co/Ni 전기 도금 발포체 시편을 나타내고, V는 일정한 속도를 나타내며, D는 발포체 시편이 NdFeB 영구 자석에 의해 발생되는 자계와 상호작용하는 거리를 나타낸다. 특정의 검사 절차는 다음과 같다: 5.5 - 6.0 ㎎ 중량의 발포체가 목재 책상의 평평한 표면 상에 놓여졌고, NdFeB 영구 자석(크기: 2.4 ㎝ x 1.1 ㎝ x 0.3 ㎝, (BH)_max = 25 MGOe, Northeast University의 Research institute of Functional Materials로부터 얻어짐)이 1 m/분의 속도로 발포체 쪽으로 이동될 수 있었으며, 발포체가 영구 자석과 상호작용할 때의 인력으로 인해 발포체가 위쪽으로 이동된 거리가 측정되었다.
4. 금속 함유량 및 금속층 두께의 검사
본 발명에서, EDS(Energy Dispersive Spectroscopy)를 사용하여 금속 함유량 및 금속층 두께가 검사되었다.
EDS 검사에서, 연관된 SEM(scanning electron microscope)을 사용하면 발포체에서의 천 직경 및 금속층 두께를 명확히 알 수 있을 것이다.
이 계기는 일본의 JEOL로부터 입수된 OxFord JSM 6360LV SEM이다. 그의 시편 관찰 면적은 20 ㎟이다.
III. 실시예
실시예 1
먼저, 이하의 조건 하에서 PU 발포체(MF-50P3)의 사전 처리 PVD 진공 전기 도금이 수행되었다:
진공도: 약 0.2 Pa;
PVD 장비의 외부 온도: 실온;
대상 물질: 순금속 니켈;
니켈 코팅이 벨트 전기 도금(웨브 코팅)에 의해 얻어지고, 1.8 ㎜의 두께를 갖는 발포체의 제곱미터당 니켈의 중량이 5 g 미만이도록 코팅이 제어된다.
이어서, 전기 도금 용액을 사용하여 코발트, 니켈 합금 전기 도금이 수행되었다. 전기 도금 용액의 조성은 염화 니켈, 황산 니켈, 황산 코발트, 붕산, 전해질 용액에 대한 다른 활성 첨가제, 및 순수 물을 포함한다. 성분들의 비에 대해서는 표 2를 참조하기 바란다. 전해조(electrolytic tank)에서 사용되는 양극은 니켈 플레이트이고, 음극은 PVD 과전기 도금(per-electroplating)에 의해 사전 처리된 발포체이다. 전해조에서의 용액의 온도는 실온에 있고, 동작 전압은 12 V 미만이다. 0.6 m 내지 1.5 m/분의 선속도로 롤투롤(roll-to-roll) 유형의 연속 전기 도금 공정이 사용되었다.
이어서, 공기 온도가 60 내지 80℃인 상태에서 열풍 불어넣기(hot-air blasting)에 의해 벨트가 건조된다.
롤 수집 속도는 전기 도금 속도와 동일하다.
섹션 II에 기술된 바와 같은 방법을 사용하여 제품이 특성 평가되었다. EDS에 의해 얻어진 Co/(Co+Ni)의 비는 31.0%이다.
실시예 2 및 실시예 3
이 절차는, 표 2에 나타낸 것과 같은 조성을 가지는 전기 도금 용액이 사용된 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 실질적으로 동일하다. 실시예 2 및 실시예 3에서 EDS에 의해 얻어지는 Co/ (Co+Ni)의 비는, 각각, 22.4% 및 19.9%이다. 도 4 및 도 5는, 각각, 실시예 2에 대한 SEM 사진 및 EDS 스펙트럼이다.
비교예 1
황산 코발트를 함유하지 않은 전기 도금 용액을 사용하여 전기 도금이 수행되었다.
<표 2>

표 3은 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교 실시예 1의 압축성 및 전기 전도성의 검사 결과를 나타낸 것이다. 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3의 제품은 보다 나은 압축성 및 전기 전도성을 나타낸다는 것을 알 수 있다.
<표 3>

표 4는 섹션 II-3에 기술된 방법에 따라 측정된 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교 실시예 1의 자기 특성의 데이터를 나타낸 것이다. 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3의 유인 거리가 비교 실시예 1의 유인 거리보다 훨씬 더 길다는 것을 알 수 있다. 앞서 기술한 바와 같이, 이것은 본 발명의 제품이 양호한 자기 확산성을 가진다는 것을 증명한다.
<표 4>

요약하면, 본 발명은 양호한 전기 전도성 및 자기 확산성을 가지며 전계 및 자계에 대한 차폐 기능을 동시에 달성할 수 있는 전자기 차폐 개스킷을 제공한다.

Claims

발포체 기재 및 발포체 기재 상에 증착된 금속층을 포함하고, 금속층은 니켈 및 코발트를 함유하며, Co/(Co+Ni)의 비는 0.2 중량% 내지 85 중량%인 전자기 차폐 개스킷.
제1항에 있어서, Co/(Co+Ni)의 비는 2 중량% 내지 70 중량%, 바람직하게는 5 중량% 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 5 중량% 내지 35 중량%인 전자기 차폐 개스킷.
제1항에 있어서, 발포체 기재는 초기 두께에 대해 50% 이상, 바람직하게는 70% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상, 그리고 가장 바람직하게는 90% 이상의 압축 변형(compressible deformation)을 가지는 것인 전자기 차폐 개스킷.
제1항에 있어서, 발포체 기재는 50% 이하, 바람직하게는 30% 이하, 더욱 바람직하게는 20% 이하, 그리고 가장 바람직하게는 10% 이하의 잔류 변형(residual deformation)을 가지는 것인 전자기 차폐 개스킷.
제1항에 있어서, 발포체 기재는 3.94 내지 196.9 ppcm(10 내지 500 ppi), 바람직하게는 19.7 내지 118.1 ppcm(50 내지 300 ppi), 더욱 바람직하게는 19.7 내지 78.7 ppcm(50 내지 200 ppi), 그리고 가장 바람직하게는 31.5 내지 59.1 ppcm(80 내지 150 ppi)의 기공률을 가지는 것인 전자기 차폐 개스킷.
제1항에 있어서, 발포체 기재는 두께가 0.1 내지 50 ㎜, 바람직하게는 0.1 내지 10 ㎜, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 5 ㎜, 그리고 가장 바람직하게는 1.0 내지 3.0 ㎜인 전자기 차폐 개스킷.
제1항에 있어서, 발포체 기재는 발포 공정(foaming process)에서 탄성 중합체 물질 또는 열 엘라스토머(thermo-elastomer)로 제조되는 개방 셀 발포체인 전자기 차폐 개스킷.
제7항에 있어서, 탄성 중합체 물질은 폴리우레탄, 폴리비닐 클로라이드, 실리콘 수지, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체(EVA), 폴리에틸렌 또는 그 혼합물인 전자기 차폐 개스킷.
제1항에 있어서, (Co+Ni)/발포체의 비는 1중량% 내지 50 중량%, 바람직하게는 2 중량% 내지 30 중량%, 더욱 바람직하게는 3 중량% 내지 20 중량%, 그리고 가장 바람직하게는 5 중량% 내지 10 중량%인 전자기 차폐 개스킷.
제1항에 있어서, 금속층은 두께가 10 내지 2000 ㎚, 바람직하게는 50 내지 1800 ㎚, 더욱 바람직하게는 100 내지 1500 ㎚, 그리고 가장 바람직하게는 200 내지 1000 ㎚인 전자기 차폐 개스킷.
제1항에 있어서, 발포체 기재 상에 증착되는 금속층은 몰리브덴, 망간, 구리, 크롬, 또는 그 조합으로부터 선택된 금속을 추가로 포함하는 것인 전자기 차폐 개스킷.
제11항에 있어서, 금속층이 그 위에 증착되어 있는 발포체 기재에서 발포체의 중량 대 금속의 총 중량의 비는 1% 내지 50%, 바람직하게는 2% 내지 40%, 더욱 바람직하게는 3% 내지 30%, 가장 바람직하게는 5% 내지 20%인 전자기 차폐 개스킷.
제1항에 있어서, 중합체 층, 예를 들어, 폴리우레탄 층이 발포체 기재 상에 증착된 금속층 상에 추가로 코팅되어 있는 것인 전자기 차폐 개스킷.
제1항에 있어서, 부가의 기능층이 발포체 기재에 접착되어 있는 것인 전자기 차폐 개스킷.
제14항에 있어서, 부가의 기능층이 전기 전도성 층 또는 박리지인 전자기 차폐 개스킷.
제14항에 있어서, 부가의 기능층이 접착제에 의해 발포체 기재에 접착되어 있는 것인 전자기 차폐 개스킷.
제16항에 있어서, 접착제가 전도성 접착제인 전자기 차폐 개스킷.
제17항에 있어서, 전도성 접착제는 전기 전도성 입자가 첨가되어 있는 아크릴 접착제인 전자기 차폐 개스킷.
제18항에 있어서, 전기 전도성 입자의 양은 (전기 전도성 입자)/(전기 전도성 입자 + 접착제)의 비가 3 중량% 내지 60 중량% 이도록 되어 있는 것인 전자기 차폐 개스킷.
제18항에 있어서, 전기 전도성 입자는 니켈 분말, 은 분말, 은-코팅된 유리, 은-코팅된 구리 분말, 흑연 분말(탄소 분말), 합성 전도성 입자, 또는 그 조합인 전자기 차폐 개스킷.
제15항에 있어서, 전기 전도성 층은 금속박, 또는 금속화된 천 또는 부직포 천인 전자기 차폐 개스킷.
제1항의 전자기 차폐 개스킷을 제조하는 방법으로서,
발포체 기재에 대해 사전 금속화 처리(pre-metalizing treatment)를 수행하는 단계; 및
Co 및 Ni를 함유하는 금속층을 획득하기 위해 사전 금속화된 발포체 기재에 대해 금속화 처리를 수행하는 단계를 포함하는 방법.
제22항에 있어서, 사전 금속화 처리는 진공 공정에 의해 달성되는 것인 방법.
제23항에 있어서, 진공 공정은 진공 증발 코팅, 화학 기상 증착, 플라즈마 스퍼터링 및 플라즈마 화학 기상 증착을 포함하는 것인 방법.
제22항에 있어서, Ni 또는 Pb가 사전 금속화 처리에서 코팅되는 것인 방법.
제22항에 있어서, 금속화 처리가 진공 증발 코팅, 전기 도금 또는 화학 도금에 의해 달성되는 것인 방법.
제22항에 있어서, 금속화 처리는 수용액 전기 도금(aqueous electroplating)에 의해 달성되는 것인 방법.
제27항에 있어서, 전기 도금 용액에서의 Co²⁺/(Co²⁺+Ni²⁺)의 비는 0.2% 내지 85%, 바람직하게는 2% 내지 70%, 더욱 바람직하게는 5% 내지 50%, 가장 바람직하게는 5% 내지 35%인 방법.
제22항에 있어서, 금속층은 몰리브덴, 망간, 구리, 크롬, 또는 그 조합으로부터 선택된 금속을 추가로 포함하는 것인 방법.
제28항에 있어서, 전기 도금 용액은 금속 이온을 추가로 포함하고, 금속은 몰리브덴, 망간, 구리, 크롬, 또는 그 조합으로부터 선택되는 것인 방법.