KR20150031679A - 전자 부품 제조용 그린시트 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자 부품 제조용 페라이트 시트를 제조하기 위한 그린시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 그린시트는, Fe(OH)3 , Ni(OH)2, Zn(OH)2, Cu(OH)2, Co(OH)2 를 준비하는 단계; 상기 혼합물을 혼합하면서 분쇄하는 단계; 분쇄된 혼합물을 그린시트로 형성하는 단계를 포함한다.

Description

전자 부품 제조용 그린시트 및 그 제조방법 {GREEN SHEET FOR ELECTRONIC COMPONENTS AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 전자 부품 제조용 그린시트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
페라이트란 900℃ 이하에서 안정한 체심입방결정의 철에 합금원소 또는 불순물이 녹아서 된 고용체로서 저주파에서 수백 MHz의 주파수 범위에서 고투자율 재료로 사용되며, 인덕턴스나 변압기의 철심으로 활용된다. 특히 무선충전, 근거리통신 및 전자파 차폐 등에 활용되면서 점차 그 사용처가 확대되고 있다.
이와 같은 페라이트 시트는 페라이트 그린 시트를 성형하여 성형 페라이트 그린 시트를 얻는 공정과 상기 성형 페라이트 그린시트를 소결하는 공정, 점착제가 도포된 필름을 부착하여 페라이트 시트를 얻는 공정 및 점착제가 도포된 필름을 가공하여 원하는 형상으로 만들어 내는 공정으로 이루어져 있다.
상기의 페라이트 그린시트의 제조에는 페라이트 분말이 이용되는데, 페라이트 분말의 생산공정은 원료, 혼합, 건조, 하소, 분쇄, 건조, 해쇄의 순서로 진행되게 된다. 이때 하소공정은 페라이트 분말의 소결성을 증가시키는 역할을 한다.
그러나, 이와 같은 종래의 페라이트 그린시트의 제조공정 중에는 하소 및 건조공정을 진행할 수 밖에 없기 때문에 페라이트 시트 제작 공정이 복잡해지게 되며 페라이트 분말 제작단계의 생산 시간이 증가하고, 페라이트 분말의 가격상승 요인이 존재한다. 또한 종래의 페라이트 제조공정은 이미 페라이트 분말의 조성이 정해진 상태의 분말을 사용하기 때문에 자성 특성을 조절하기가 용이하지 않다.
한국공개특허번호 10-2013-0052511
따라서, 본 발명은 종래 페라이트 시트 제조방법에서 제기되고 있는 상기 단점들을 해결하기 위한 것으로서, 기존 페라이트 분말을 제조하는 혼합, 건조, 하소, 해쇄 공정 없이 바로 원료분말을 혼합하여 그린시트를 성형한 후 소결을 통하여 제조할 수 있는 전자 부품 제조용 그린시트의 제조방법이 제공됨에 발명의 목적이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 전자부품 제조용 그린시트 제조방법은, 철 또는 철 화합물 중 어느 하나 이상의 출발물질을 준비하는 단계; 상기 출발물질을 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 분말에 바인더를 첨가하여 그린시트를 성형하는 단계; 를 포함한다.
상기 철 화합물은 Fe(OH)3, Fe(OH)2, Fe(NO3)3, Fe(CH3COO)3, FeCl3, FeCl2, Fe(CO)5 중에서 적어도 어느 하나가 선택되거나 또는 둘 이상을 선택할 수 있으며, 상기 출발물질을 분쇄하는 단계에서, 분쇄된 분말의 입경은 0.1um ~ 3um 일 수도 있다.
상기 출발물질을 분쇄하는 단계에서, 출발물질의 분쇄는 어트리션밀 (Attrition mill)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하면서 용매로서 에탄올을 사용하여 수행될 수도 있다.
또한, 철 또는 철 화합물 중 적어도 어느 하나에 금속염 중 하나 이상을 출발물질로 한 전자 부품 제조용 그린시트 제조방법이 제공될 수도 있는데, 이때 금속염은 Ni, Ni(OH)2, Ni(NO3)2, Ni(CH3COO)2, NiCl2 ,Zn, Zn(OH)2, ZnCl2, Zn(NO3)2, Zn(CH3COO)2 , Cu, Cu(OH)2, Cu(NO3)2, Cu(CH3COO)2, CuCl2 , Co, Co(OH)2, Co(NO3)2, Co(CH3COO)2, CoCl2 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예를 통해 제작된 그린시트를 이용하여 페라이트 시트를 제조할 경우 고가의 상용파우더인 페라이트 분말을 저가의 원재료 혼합으로 대체할 수 있게 되고, 생산 시간을 감소시키며, 다양한 조성과 특성을가지는 페라이트 시트의 제조가 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 그린시트를 이용한 페라이트 시트의 제조 공정이 도시된 공정 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 그린시트를 이용한 페라이트 시트의 실투자율 그래프.
도 3은 기존 페라이트 그린 시트를 이용한 페라이트 시트의 실투자율 그래프.
본 발명에 따른 전자 부품 제조용 그린시트와 그 제조방법의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 도면을 참조한 아래의 상세한 설명과 실시 예에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 그린시트를 이용한 페라이트 시트의 제조 공정이 도시된 공정 순서도 이다.
본 발명에 따른 그린시트의 제조 방법은 Fe ,Fe(OH)3, Fe(OH)2, Fe(NO3)3, Fe(CH3COO)3, FeCl3, FeCl2, Fe(CO)5 중 어느 하나 이상의 출발물질을 준비하는 단계와, 준비된 출발물질을 혼합 및 분쇄하는 단계와, 분쇄된 분말을 그린시트로 성형하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 그린시트를 이용하여 제작되는 페라이트 시트는 본 발명에 따라 제조된 그린시트를 소결하는 단계와, 소결된 페라이트 시트에 필름을 부착하는 단계와, 필름이 부착된 페라이트 시트를 필요한 형태로 재단하여 가공하는 단계를 포함할 수 있다.
반면, 일반적인 페라이트 시트의 제조방법을 살펴보면, 우선 Fe2O3, NiO, ZnO, CuO, CoO 등의 출발물질을 준비하는 단계, 준비된 출발물질을 혼합 및 분쇄하는 단계, 분쇄된 분말을 건조하는 단계, 건조된 분말을 하소 하는 단계, 하소된 분말을 해쇄하여 페라이트 분말을 형성하는 단계, 페라이트 분말을 이용하여 페라이트 그린시트를 성형하는 단계, 페라이트 그린시트를 소결하는 단계, 소결된 페라이트 시트에 필름을 부착하는 단계, 필름이 부착된 페라이트 시트를 필요한 형태로 재단하여 가공하는 단계를 통하여 페라이트 시트가 만들어 지게 된다.
이때, 본 실시 예의 페라이트 시트 제조공정을 일반적인 페라이트 시트 제조공정과 비교하여 보면 분쇄된 분말의 건조, 하소, 해쇄 공정이 생략된 것을 알 수 있는데, 이에 따라 생산시간이 감소 되고, 고가의 상용 페라이트 분말을 저가의 원재료로 대체할 수 있으며, 다양한 조성과 특성을 가지는 페라이트 시트의 제조가 가능해진다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1의 출발물질 준비 단계에서는 원하는 특성의 페라이트 시트를 제조하기 위하여 출발물질을 준비할 수 있는데, 최종 제품의 필요한 투자율, 품질계수 Q 값 등을 만족시키기 위하여 철 또는 철 화합물 단독으로 또는 철과 철 화합물들이 둘 이상 혼합되어 준비될 수 있다. 또한, 철 또는 철 화합물에 더하여 금속이나 금속염이 더 준비될 수도 있는데, Ni, Ni(OH)2, Ni(NO3)2, Ni(CH3COO)2, NiCl2 , Zn, Zn(OH)2, ZnCl2, Zn(NO3)2, Zn(CH3COO)2, Cu, Cu(OH)2, Cu(NO3)2, Cu(CH3COO)2 , CuCl2 , Co, Co(OH)2, Co(NO3)2, Co(CH3COO)2, CoCl2 등의 금속 또는 금속염을 철 또는 철 화합물에 더하여 준비할 수 있다. 이때, 철 또는 철 화합물은 연자성 페라이트의 주성분으로 스피넬(spinel)격자를 구성하는 모재가 될 수 있다. 철 또는 철 화합물의 페라이트 격자 내에 니켈 또는 니켈 금속염이 더 혼합될 경우 역스피넬 자기모멘트 구조를 형성하며, 아연 또는 아연 금속염이 혼합될 경우 정스피넬 자기모멘트를 구조를 형성한다. 따라서, 철, 니켈, 아연 및 그 금속의 금속염등의 성분비를 조정하여 원하는 자성 특성을 맞출 수 있다.
도 1의 혼합 및 분쇄 단계에서는 주로 어트리션밀 (Attrition mill)을 이용하여 출발물질을 혼합 및 분쇄할 수 있다.
상기 일반적인 방식의 페라이트 시트의 제조방법에서는 하소 공정을 거치면서 분쇄된 분말 중 일부가 스피넬상으로 미리 형성되기 때문에 동일 분체 특성을 가지는 원재료 혼합 분말에 비하여 후속 소성 공정에서 소결에 유리할 수 있는데, 본 실시 예에서는 혼합 및 분쇄 공정에서 미립의 금속 및 금속염을 사용하고, 출발물질을 고에너지 밀링(high energy milling) 공정을 통하여 중심 입경을 0.1㎛ ~ 3㎛로 미분쇄한다. 이를 통하여 본 실시 예에서는 출발물질들의 표면에너지를 증가시켜 소성 공정에서 소결이 잘 될 수 있도록 해주게 된다.
도 1의 상기 혼합 및 분쇄단계는 어트리션밀외에 볼밀(Ball mill)이나 다른 교반기 및 분쇄기를 통하여서도 이루어질 수 있다. 볼밀의 경우 어느 일축에서 출발물질을 공급하면서 타축으로 분쇄된 분말이 배출되는 형식으로 연속적인 가공이 가능하다. 또한 어트리션밀을 이용하여 혼합 및 분쇄공정을 진행할 때, 용매로서 에탄올(C2H5OH)이 사용 가능하며, 비즈(Beads)가 더 첨가되어 분쇄와 혼합을 용이하게 할 수 있다. 비즈는 철, 세라믹 등이 주로 이용되며, 이에 한정하지 않고 여러가지 재질이 이용될 수 있다.
도 1의 바인더 첨가 및 그린시트 성형 단계에서는 상기 분쇄된 분말에 바인더를 첨가 후 독터블레이드법 (Doctor blade method)등을 이용하여 상기 분쇄된 분말을 폴리에틸렌 필름 등에 균일한 두께로 접착시켜 본 발명의 실시 예에 따른 그린시트로 성형하게 된다.
도 1의 소결 단계에서는 상기 바인더 첨가 및 그린시트 성형 공정에서 성형 된 그린 시트를 900℃내지 920℃의 온도에서 소결을 진행한다. 이때, 소결 온도는 은(Ag)전극이 포함된 시트의 소결 시 은의 녹는점 961.78℃ 이하의 온도에서 소결하기 위함으로 은(Ag)전극이 없는 시트에서는 더 높은 온도에서 소결이 가능할 수 있기 때문에 최종 페라이트 시트의 용도에 따라 다른 온도 영역에서의 소결도 역시 가능할 수 있다. 도 1의 소결 단계를 통하여 도 1의 바인더 첨가 및 그린시트 성형 단계에서 성형 된 그린시트가 페라이트 그린시트로 성형 되는데, Fe(OH)2 나 Cu(OH)2 등의 -OH기를 가진 금속염의 경우에는 소결 온도에서 -OH기가 물(H2O)이되어 증발하게 되면서 CuFe2O4 형태의 페라이트 상으로 변화하게 되며, FeCl3 나 CuCl2 같은 경우에는 Fe나 Cu 는 소성로 속의 O2 와 반응하고 염소(Cl2 )는 기체 형태로 증발하여 CuFe2O4 형태의 페라이트 상으로 변화하게 된다.
도 1의 필름부착 단계에서는 접착성 필름을 단면 또는 양면에 부착하게 되고, 도 1의 형상가공 단계에서 상기 필름까지 부착된 페라이트 시트를 필요한 형태로 재단하여 원하는 형태의 페라이트 시트를 제조할 수 있다.
도 2는 본 실시 예에 의해 제조된 페라이트 시트의 주파수 변화에 따른 투자율 그래프를 보여주고 있고, 도 3은 종래 방식에 의해 제조된 페라이트 시트의 주파수에 따른 투자율 그래프를 보여주고 있는데 0Mhz를 초과하여 100Mhz에 이르는 영역에서 투자율 μ'와 복소 투자율 μ”의 차이가 없음을 보여주고 있다.
실제 교류에서의 투자율과 품질계수는 아래의 식으로 표현된다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
상기 수학식 1 내지 수학식 3에 의거하여 계산된 투자율(μ')과 복소 투자율(μ”)을 표1을 통해 살펴보면,
Figure pat00004
여기서, 1Mhz 와 실제 근거리 무선통신(NFC) 등에서 쓰이는 무선 주파수인 13.56Mhz 에서의 투자율과 복소 투자율 역시 유의차가 없으며 품질계수도 양호함을 알 수 있고 이는 도 2와 도 3의 투자율 그래프의 비교를 통하여도 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시 예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
μ' : 투자율
μ”: 복소 투자율

Claims (18)

  1. 전자 부품 제조용 페라이트 시트를 제조하기 위한 그린시트의 제조방법에 있어서,
    철 또는 철 화합물 중 어느 하나 이상의 출발물질을 준비하는 단계;
    상기 출발물질을 분쇄하여 분말을 형성하는 단계;
    상기 분쇄된 분말에 바인더를 첨가하여 그린시트를 성형하는 단계; 를 포함하는 전자 부품 제조용 그린시트 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 철 화합물은 Fe(OH)3, Fe(OH)2, Fe(NO3)3, Fe(CH3COO)3, FeCl3, FeCl2, Fe(CO)5 중에서 하나를 선택한 전자 부품 제조용 그린시트 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 철 화합물은 Fe(OH)3, Fe(OH)2, Fe(NO3)3, Fe(CH3COO)3, FeCl3, FeCl2, Fe(CO)5 중에서 선택된 둘 이상이 혼합된 전자 부품 제조용 그린시트 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 출발물질을 분쇄하는 단계에서, 분쇄된 분말의 입경은 0.1㎛ ~ 3㎛인 전자 부품 제조용 그린시트 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 출발물질을 분쇄하는 단계에서, 상기 분쇄는 어트리션밀(Attrition mill)에 의해서 수행되는 전자 부품 제조용 그린시트 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 출발물질을 분쇄하는 단계에서, 어트리션밀(Attrition mill)에 의한 분쇄시 용매로서 에탄올을 사용하여 수행되는 전자 부품 제조용 그린시트 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 출발물질을 준비하는 단계에서, 상기 출발물질은 산화철을 더 포함하는 전자 부품 제조용 그린시트 제조방법.
  8. 전자부품용 페라이트 시트를 제조하기 위한 그린시트의 제조방법에 있어서,
    철 또는 철 화합물 중 적어도 어느 하나 이상에 금속염 중 어느 하나 이상을 출발물질로 준비하는 단계;
    상기 준비된 출발물질들을 혼합 및 분쇄하여 분말을 형성하는 단계;
    상기 분쇄된 분말에 바인더를 첨가하여 그린시트를 성형하는 단계; 를 포함하는 전자 부품 제조용 그린시트 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 준비된 출발물질들을 혼합 및 분쇄하는 단계에서, 분쇄된 분말의 입경은 0.1㎛ ~ 3㎛인 전자 부품 제조용 그린시트 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 준비된 출발물질들을 혼합 및 분쇄하는 단계에서, 혼합 및 분쇄는 어트리션밀(Attrition mill)에 의해서 수행되는 전자 부품 제조용 그린시트 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 준비된 출발물질들을 혼합 및 분쇄하는 단계에서, 어트리션밀(Attrition mill)에 의한 분쇄시 용매로서 에탄올을 사용하여 수행되는 전자 부품 제조용 그린시트 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 출발물질을 준비하는 단계에서, 금속염은 Ni, Ni(OH)2, Ni(NO3)2, Ni(CH3COO)2, NiCl2 중에서 선택된 1종인 전자 부품 제조용 그린시트 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 출발물질을 준비하는 단계에서, 금속염은 Zn, Zn(OH)2, ZnCl2, Zn(NO3)2, Zn(CH3COO)2 중에서 선택된 1종인 전자 부품 제조용 그린시트 제조방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 출발물질을 준비하는 단계에서, 금속염은 Cu, Cu(OH)2, Cu(NO3)2, Cu(CH3COO)2, CuCl2 중에서 1종인 것을 특징으로 하는 전자 부품 제조용 그린시트 제조방법.
  15. 제 8항에 있어서,
    상기 출발물질을 준비하는 단계에서, 금속염은 Co, Co(OH)2, Co(NO3)2, Co(CH3COO)2, CoCl2 중에서 1종인 전자 부품 제조용 그린시트 제조방법.
  16. 제 8항에 있어서,
    상기 출발물질을 준비하는 단계에서, 상기 출발물질은 산화철 및 금속 산화물 NiO, ZnO, CuO, CoO 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 전자 부품 제조용 그린시트 제조방법.
  17. Fe, Fe(OH)3, Fe(OH)2, Fe(NO3)3, Fe(CH3COO)3, FeCl3, FeCl2, Fe(CO)5 중 어느 하나 이상의 분말을 포함하는 그린시트.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 그린시트에 Ni, Ni(OH)2, Ni(NO3)2, Ni(CH3COO)2, NiCl2 , Zn, Zn(OH)2, ZnCl2, Zn(NO3)2, Zn(CH3COO)2, Cu, Cu(OH)2, Cu(NO3)2, Cu(CH3COO)2 , CuCl2 , Co, Co(OH)2, Co(NO3)2, Co(CH3COO)2, CoCl2 중 어느 하나 이상의 분말을 더 포함하는 그린시트.
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