KR20170109429A

KR20170109429A - 전자파 차폐용 조성물 및 이를 포함하는 전자파 차폐시트

Info

Publication number: KR20170109429A
Application number: KR1020160033542A
Authority: KR
Inventors: 김재훈; 이지훈; 이문복
Original assignee: 도레이첨단소재 주식회사
Priority date: 2016-03-21
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2017-09-29
Also published as: KR102479519B1

Abstract

본 발명에 따른 전자파 차폐용 조성물 및 이를 포함하는 전자파 차폐시트는 종래의 금속 고충진 조성물에 비해 상대적으로 낮은 비중으로 높은 전기전도성을 나타낼 수 있고, 카본블랙의 표면 상태에 적합한 상용성을 가진 분산첨가제를 혼합함으로써 종래의 다공성 카본블랙 조성물에 비해 뛰어난 가요성을 나타낼 수 있다. 이를 위해 본 발명에 따른 전자파 차폐용 조성물은 아크릴 수지, 열경화제 및 다공성 카본블랙, 판상 금속필러 및 분산첨가제를 포함하고, 전자파 차폐시트의 전자파 차폐층은 열경화에 의해 가교구조가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

전자파 차폐용 조성물 및 이를 포함하는 전자파 차폐시트{COMPOSITION FOR SHIELDING ELECTROMAGNETIC WAVE AND ELECTROMAGNETIC WAVE SHIELDING SHEET COMPRISING THE SAME}

본 발명은 전자파 차폐용 조성물 및 이를 포함하는 전자파 차폐시트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 금속 고충진 조성물에 비해 상대적으로 낮은 비중으로 높은 전기전도성을 나타낼 수 있고, 가요성이 우수한 전자파 차폐용 조성물 및 이를 포함하는 전자파 차폐시트에 관한 것이다.

현대 사회에서 컴퓨터, 휴대폰 등을 포함한 전기, 전자 제품들의 급속한 발전과 소형화, 박형화 및 휴대화 경향에 따라 전자부품의 고집적화 및 신호처리속도의 고속화에 따른 방사 노이즈로 인한 전자파 장해(또는 고주파 장해)는 제품의 동작과 신뢰성을 결정하는 매우 중요한 요인으로 인식되고 있다.

이러한 전자파 장해는 각종 자동화 장비와 자동제어장치, 무선통신장치 등에 악영향을 끼쳐 오작동을 유발시키고, 인체에 침투하였을 경우, 열작용에 의해 생체 조직세포의 온도를 상승시켜 면역기능을 약화시키는 등의 여러 문제를 유발시킨다. 이 때문에, 전자기기 내부에 전자파 흡수체를 배치하는 등의 다양한 형태로 전자파 적합성 대책 방법 및 이를 위한 제품들이 개발되고 있다.

현재까지 제시되고 있는 여러 전자파 차폐재료 중, 현재 범용적으로 가장 많이 사용되는 방식은, 전자소자 자체에 나노 금속 입자를 진공증착하거나, 도금을 통하여 금속층을 형성하는 방식이다.

금속 진공증착 방식은, 전기전도도가 높은 금속층을 전자 소자의 외부에 직접 형성시키는 만큼 전자파의 차폐효율이 높으나, 진공 증착용 설비가 매우 고가이고 소자의 디자인이나 형태에 따라 균일한 두께로 금속층이 형성되지 않아 방향에 따라 전자파 차폐효율이 불균형하다는 단점이 있다. 또한 도금 방식의 경우 설비가 상대적으로 저가이나 도금 재료가 고가이며, 균일한 두께로 금속층이 형성된다는 장점이 있으나, 도금공정 부산물인 폐도금 용액이 환경에 치명적인 악영향을 끼치므로 이를 해결해야 하는 과제가 발생한다.

상술한 금속층 형성 방식의 대체 기술로는, 금속 혼합물을 이용한 시트가 있으나, 이는 무기물과 고분자가 기계적으로 혼합/분산되어 있는 형태이기 때문에 물리적 특성이 취약하여 전자파 흡수 효율이 낮거나, 금속재료의 고충진으로 인해 시트의 코스트가 높아지고 시트 자체의 비중이 매우 높아 적용 분야가 한정적이기 때문에, 최근의 소자경량화 개발동향과는 상반된다.

일례로, 한국 특허등록공보 제10-0529775호에 따르면, 바인더 수지와 함께 마이크로 크기의 은(Ag) 입자와 나노 크기의 은 입자를 혼합하여 전자파 차폐용 도료 조성물을 개시하고 있다. 은 입자는 높은 전기전도성을 가지기 때문에 은 입자의 함유에 따라 전기전도성이 높은 조성물을 얻을 수 있으나, 위 특허의 경우 높은 전기전도성을 구현하기 위하여 높은 함량의 은 입자를 첨가하여야 하기 때문에 조성물의 재료비가 비싸지고, 비중이 높아 적용분야에 한계가 있다는 문제점이 있다.

이에 본 발명자들은 아크릴계 수지와 다공성 카본블랙, 판상의 금속필러를 혼합함으로써 과량의 금속필러를 함유하지 않고도 각 필러간의 접촉 확률을 높여 전자파 차폐시트 내부에서의 전기전달 네트워크를 구축하는 것을 제안하였다. 본 발명에 따라 제조된 전자파 차폐 시트는 고가, 고비중 재료인 금속필러의 함량을 극단적으로 높이지 않고서도 높은 전기전도성의 구현할 수 있고, 기존의 금속 고충진 시트에 비해 낮은 비중을 나타내며, 체적분율 75%이상의 다공성 카본블랙을 함유하면서도 높은 가요성을 나타낼 수 있다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

한국 특허등록공보 제10-0529775호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 시트 형태로 제조가 가능하고 우수한 가요성을 가지며, 종래의 금속 고충진 타입 전자파 차폐시트에 비해 적은 양의 금속 필러를 충진하고도 높은 전기전도성을 나타낼 수 있는 전자파 차폐용 조성물 및 이를 포함하는 전자파 차폐시트를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다.

상기 목적은, 아크릴계 수지, 열경화제, 다공성 카본블랙, 판상 금속필러 및 분산첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 조성물에 의해 달성된다.

여기서, 상기 아크릴계 수지 100 중량부에 대해 상기 열경화제 1 ~ 20 중량부, 상기 다공성 카본블랙 10~100 중량부, 상기 판상 금속필러 100~400 중량부 및 상기 분산첨가제 10~100 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 다공성 카본블랙 100 중량부에 대해 상기 판상 금속필러는 100~1000 중량부인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 아크릴계 수지는 중량평균분자량이 10~20 만이고 산가가 5~20 mgKHO/g 인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 다공성 카본블랙은 1차 입자의 평균입경이 20~50 nm이고, BET 비표면적이 500~2000 m²/g인 케첸블랙, 아세틸렌블랙 및 채널블랙 중에서 선택된 1종 이상의 다공성 카본블랙인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 다공성 카본블랙의 체적분율은 상기 전자파 차폐용 조성물에 의해 제조되는 전자파 차폐 필름 전체 체적분율의 75% 이상인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 판상 금속필러는 종횡비가 10 이상이고, 영률이 150 GPa 이하이며, 구리, 금, 은, 알루미늄 또는 그 합금 중에서 선택된 1종 이상의 판상 금속필러인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 판상 금속필러는 영률이 150 GPa이하인 구상 금속 입자가 영률이 150 ~ 200 GPa 인 세라믹 재질의 비즈와 충돌에 의해 입자의 형태가 구상에서 판상으로 물리적 변형된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 열경화제는 멜라민계, 폴리(우레아-포름알데히드), 에폭시계 및 이소시아네이트계 중에서 선택된 1종 이상의 열경화제인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 분산첨가제는 카르본산계, 아민계 및 알킬암모늄염계 중에서 선택된 1종 이상의 분산첨가제인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 목적은, 기재와 상기 기재의 적어도 한 면에 상술한 전자파 차폐용 조성물을 도포한 전자파 차폐층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐시트에 의해 달성된다.

여기서, 상기 전자파 차폐층은 열경화에 의해 가교구조가 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 기재는 전자소자 또는 플라스틱, 금속, 웨이퍼 재질의 기판인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전자파 차폐시트의 표면저항은 1 Ω/cm² 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 종래의 금속층 형성 타입의 전자파 차폐층 형성 방식이나, 금속 고충진 타입의 전자파 차폐용 조성물에 비해 낮은 비중과 낮은 금속 필러 함량으로 높은 전기전도성을 갖는 등의 효과가 있다.

나아가, 본 발명은 기재에의 양호한 캐스팅성을 나타내고, 우수한 가요성을 가지는 등의 효과를 가진다.

다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐시트의 단면 모식도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물리적 변형을 통해 제조된 판상 금속필러의 SEM 사진.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐시트 표면의 SEM 사진.

이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.

본 발명의 일 양상에 따른 전자파 차폐용 조성물은 아크릴계 수지, 열경화제, 다공성 카본블랙, 판상 금속필러 및 분산첨가제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 각 조성에 대해 구체적으로 설명한다.

1. 전자파 차폐용 조성물

1-1. 아크릴계 수지

본 발명의 전자파 차페용 조성물의 일 성분인 아크릴계 수지는 아크릴레이트 공중합체로 이루어진 것으로, 보다 상세하게는 아크릴계 공중합체를 이루는 단량체들의 총 중량을 기준으로, 가교 가능한 작용기를 가지지 않은 단량체 85 내지 99 중량%와, 가교 가능한 작용기를 가진 단량체 1 내지 15 중량%를 공중합 시킴으로써 이루어진 공중합체이다. 전자파 차폐용 조성물에서 작용기를 가지지 않은 단량체가 85 중량% 미만이 될 경우에는 상대적으로 작용기의 수가 많아짐으로 인해 조성물의 저장안정성의 문제 및 작은 분자량으로 인한 조성물의 응집력 저하로 캐스팅성 및 시트의 가요성에 문제가 발생할 수 있는 반면, 99 중량%를 초과하게 될 경우에는 작용기의 반응성이 현저하게 떨어지기 때문에 반응이 잘 이뤄지지 않을 수가 있고, 그로 인해 가교도의 저하로 응집력이 떨어지게 된다.

아크릴계 공중합체는 중량평균 분자량이 바람직하게는 10만~20만인 것을 사용한다. 상기 중량평균 분자량이 10만 미만일 경우에는 응집파괴가 일어나 시트의 가요성이 떨어질 수 있는 반면, 20만을 초과할 경우에는 점도 상승으로 인해 작업성이 나빠지게 된다.

또한 아크릴계 수지는 산가가 5~20 mgKHO/g 인 것이 바람직한데, 산가가 5mgKHO/g 미만인 경우 기재 및 필러와의 부착성이 저하되어 계면에서의 박리를 유발시킬 수 있다는 단점이 있고 산가가 20 mgKHO/g 초과하는 경우 금속 기재에의 부식을 유발시키고 반응성이 높아 부반응을 유발시킬 수 있다는 단점이 있기 때문이다.

본 발명에서 사용할 수 있는 가교 가능한 작용기를 가지지 않는 단량체는 (메타)아크릴산 에스테르 단량체이나, 이로 특별히 제한되지 않는다. 바람직하게는, 가교 가능한 작용기를 가지는 않는 단량체에는 에스테르 부분의 알킬기의 탄소수가 1개 내지 20개인 (메타)아크릴산 에스테르를 들 수 있다. 여기서 에스테르 부분의 알킬기의 탄소수가 1개 내지 20개인 (메타)아크릴산 에스테르의 예로는 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 프로필(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 펜틸(메타)아크릴레이트, 헥실(메타)아크릴레이트, 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 이소옥틸(메타)아크릴레이트, 데실(메타)아크릴레이트, 도데딜(메타)아크릴레이트, 미리스틸(메타)아크릴레이트, 팔미틸(메타)아크릴레이트, 스테아릴(메타)아크릴레이트를 포함한다. 이들은 단독으로, 또는 2종 이상을 조합하여 이용될수 있다.

가교 가능한 작용기를 포함하는 단량체는 작용기로서 수산기, 카르복시기, 아미노기, 아미드기 중 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하며, 이러한 단량체의 구체적인 예로는 2-히드록시에틸 (메타)아크릴산, 2-히드록시프로필 (메타)아크릴산, 3-히드록시프로필 (메타)아크릴산, 2-히드록시부틸(메타)아크릴산, 3-히드록시부틸 (메타)아크릴산, 4-히드록시부틸 (메타)아크릴산 등의 (메타)아크릴산 히드록시알킬 에스테르; (메타)아크릴아미드, N-메틸(메타)아크릴아미드, N-메틸올(메타) 아크릴아미드 등의 아크릴 아미드류; (메타)아크릴산 모노메틸 아미노 에틸, (메타)아크릴산 모노알킬 아미노 에스테르; 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 말레인산, 이타콘산, 시트라콘산 등의 에틸렌성 불포화 카르복시산 등을 들 수 있다. 이들 단량체 또한 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

1-2. 열경화제

본 발명에 사용된 아크릴계 수지는 적당한 가교제를 첨가하여서도 사용이 가능한데, 가교제 혹은 경화제로는 수산기를 관능기로서 가지고 있는 수지를 경화시킬 수 있는 것이면 모두 가능하다. 상세하게는, 멜라민(melamine)계, 폴리(우레아-포름알데히드)(poly(urea-formaldehyde))계, 에폭시(epoxy)계, 이소시아네이트(isocyanate)계 등을 들 수 있고 이중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.

열경화제형 화합물의 양은 아크릴계 수지 100 중량부 대비 1 ~ 20 중량부의 비율로 사용되는 것이 바람직하다. 열경화제의 양이 아크릴계 수지 100 중량부 대비 1 중량부 미만에서는 가교구조가 충분히 형성되지 못해 전자파 차폐시트가 너무 물러져서 (상대적인 유리전이온도의 감소 및 손실 탄성률 증가) 기재 위에 도포 후에, 필름 형태로 수득하는 것이 어려울 수 있다. 또한 열경화제 양이 아크릴계 수지 100 중량부 대비 20중량부를 초과하는 경우에는 아크릴계 수지의 과경화가 일어나 시트의 경도가 너무 딱딱해져, 그 결과 시트 표면에 크랙이 생기고, 심한 경우, 시트가 부스러지는 문제가 발생할 수 있다.

1-3. 다공성 카본블랙

다공성 카본블랙에는, 예를 들면, 케첸블랙, 아세틸렌블랙, 채널블랙 등을 들 수 있으며, 카본블랙의 1차입경(1차입자 평균입경) 크기가 20~50 nm 범위인 것이 바람직하다. 카본블랙 1차입경의 크기가 20 nm 보다 작으면, 입자의 비표면적이 과도하게 넓어져 조성물의 점도가 급격하게 상승하여 작업성에 문제를 일으킬 수 있고, 1차입경의 크기가 50 nm 보다 크면, 입자의 다공성(porosity)이 떨어져 입자의 체적분율이 상대적으로 낮아지게 되고, 입자끼리의 접촉(contact)이 불량하여 전기전도성의 저하를 초래할 수 있다. 또한 다공성 카본블랙의 BET 비표면적은 500~2000 m²/g범위인 것이 바람직하다. 카본블랙의 BET 비표면적이 500 m²/g보다 작으면 입자의 체적분율이 상대적으로 낮아져 입자간의 전기전도 네트워크(network) 형성이 불량하여 전기전도성이 저하될 수 있으며, 카본블랙의 BET 비표면적이 2000 m²/g보다 크면 조성물의 점도가 상승하여 작업성에 문제를 일으킬 수 있다.

다공성 카본블랙은 아크릴계 수지 100 중량부에 대하여 10~100 중량부 함유되는 것이 바람직하며, 카본블랙이 10 중량부보다 적을 경우에는 카본블랙의 절대량이 부족하여 조성물 자체의 전기전도성이 저하될 수 있으며, 카본블랙의 양이 아크릴계 수지 대비 100 중량부보다 많이 함유될 경우, 조성물의 점도가 급격하여 상승하여 작업성에 문제를 일으키고, 조성물에 의해 제조되는 전자파 차폐시트의 가요성이 저하될 수 있다.

또한, 다공성 카본블랙의 체적분율은 전자파 차폐용 조성물에 의해 제조되는 전자파 차폐 필름 전체 체적분율의 75% 이상을 차지하는 것을 특징으로 하며, 이로 인해 종래의 금속 고충진 조성물과 그로부터 제조된 전자파 차폐시트에 비해 현저히 낮은 비중을 나타낼 수 있다.

본 명세서에서 "1차입자"라 함은, 나노입자의 경우, 입자를 형성한 후 van der waals force나 입자간 interaction에 의해 응집이 되는 경우가 많은데, 일반적으로 이 응집체를 2차입자라 하고, 응집이 되지 않은 가장 작은 단독입자를 1차입자(primary particle)라 한다.

1-4. 판상 금속필러

판상 금속필러에는, 예를 들면, 전기전도성이 높은 금속인 구리, 금, 은, 알루미늄 혹은 그 합금 등을 들 수 있으며, 1종 혹은 1종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 또한 판상 금속필러는 영률이 150 ~ 200 GPa 인 세라믹 재질 비즈의 충돌에너지를 이용한 분산 방식을 통해 아크릴계 수지 중에 분산되는 것을 특징으로 한다.

판상 금속필러는 영률이 150 GPa이하인 구상 금속 입자가 영률이 150 ~ 200 GPa 인 세라믹 재질의 비즈와의 충돌에 의해 입자의 형태가 구상에서 판상으로 물리적 변형되는 것을 특징으로 하며, 아크릴계 수지 내부에서 다공성 카본블랙과의 접촉 확률을 높여 전기전도성을 향상시키기 위해서는 판상으로 변형된 금속필러의 종횡비, 즉, 두께:장경(長徑) 비율이 1:10 이상인 것이 바람직하다. 판상 금속필러의 두께:장경 비율이 1:10 이하이면, 다공성 카본블랙과의 접촉 확률이 효과적으로 향상되지 않아 전기전도성의 향상에 한계가 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물리적 변형을 통해 제조된 판상 금속필러의 SEM 사진이다. 이를 참조하면, 구상 금속필러(21)가 판상 금속필러(두께:장경 비율 = 1:10)(22)로 물리적으로 변형된 것을 확인할 수 있다.

판상 금속필러는 아크릴계 수지 100 중량부에 대하여 100 ~ 400 중량부가 사용되는 것이 바람직하다. 100 중량부 미만에서는 높은 전기전도성을 구현할 수 없으며, 400 중량부를 초과하면 전자파 차폐시트의 비중, 코스트가 과하게 상승하며, 조성물의 가요성을 확보하지 못해 시트가 부서질 가능성이 있기 때문에, 시트 형태로 수득하기 힘들다.

또한 다공성 카본블랙과 판상 금속필러의 배합비는, 다공성 카본블랙 100 중량부에 대해 상기 판상 금속 입자가 100~1000 중량부로 배합될 수 있다. 판상 금속 입자가 카본블랙 100 중량부에 대해 100 중량부보다 적게 배합될 경우, 카본블랙에 비해 매우 낮은 체적분율을 나타내기 때문에 효율적인 전기전도 네트워크가 형성되지 못해, 전기전도성의 저하를 나타낼 수 있으며, 판상 금속 입자가 카본블랙 100 중량부에 대해 1000 중량부보다 많이 배합될 경우, 시트의 비중과 코스트가 급격히 상승하며, 판상 금속 입자의 침전이 발생하여 오히려 전기전도성의 저하가 발생할 수 있다. 그러나 이러한 배합비는 전자파 차폐시트 내부에서의 전도성 필러 충진율과 각 필러간의 접촉확률을 높이기 위하여 변화될 수 있으며, 구체적으로는 각 전도성 필러의 평균입경, 판상 금속필러의 종횡비가 변화함에 따라 전자파 차폐시트 내부에서의 전도성 필러 충진율 및 각 필러간의 접촉 확률을 최대화하는 방향으로 바뀔 수 있다.

1-5. 분산첨가제

분산첨가제에는 예를 들면, 카르본산계, 아민계, 알킬암모늄염계 중합체(polymer), 블록 공중합체(block co-polymer) 또는 올리고머 등을 들 수 있으며, 전도성 필러의 표면 상태에 적합한 상용성을 가지는 1종 혹은 1종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

분산첨가제는 아크릴계 수지 조성물 100 중량부에 대해, 10~100 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 분산첨가제가 아크릴계 수지 100 중량부에 대해 10 중량부 미만으로 첨가되게 되면 전도성 필러의 분산도 향상에 충분한 효과를 얻지 못하게 되고, 조성물에 의해 제조되는 전자파 차폐시트가 충분한 가요성을 가지지 못하게 된다. 또한 분산첨가제가 100 중량부 초과로 첨가되게 되면 분산첨가제가 절연성 Matrix로 작용하게 되므로 전자파 차폐시트의 전기전도성을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있다.

2. 기재

기재의 종류는 소자의 구동에 의해 전자파를 발생시키는 반도체 칩, 배터리, 패키지 등의 전자소자, 혹은 플라스틱, 금속, 웨이퍼 재질의 기판 등을 포함한다.

3. 전자파 차폐시트

도 1을 참조하여 본 발명의 다른 양상에 따른 전자파 차폐시트에 대해 설명한다. 도 1을 참조하면, 전자파 차폐시트는 기재(11)와 기재(11)의 상부에 상술한 전자파 차폐용 조성물로 도포되어 형성된 전자파 차폐층(12)으로 구성된다.

전자파 차폐층(12)은 기재소자(11) 상부에 전자파 차폐용 조성물을 디스펜싱(dispensing), 캐스팅, 바코팅, 라미네이션 등의 방식으로 도포한 후, 120℃ 이상의 온도에서 열경화함으로써 형성할 수 있다.

상술한 전자파 차폐용 조성물로부터 형성된 전자파 차폐층은 열경화에 의해 가교 구조가 형성된다. 도 3으로부터, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐시트 표면(31)을 확인할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐시트는 전자소자 또는 기판 등의 기재에 도포한 후 표면저항이 1 Ω/cm²이하인 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 전자파 차폐시트의 주재료로 아크릴계 수지와 열경화제, 다공성 카본블랙, 판상 금속필러 및 분산첨가제를 혼합함으로써 낮은 표면저항과, 종래의 금속 충진 조성물에 비해 낮은 비중을 나타낸다. 즉 본 발명에 의해 제조된 전자파 차폐 시트는 다공성 카본블랙이 시트 전체 체적분율의 75% 이상을 차지하여 종래의 금속 고충진 조성물에 비해 상대적으로 낮은 비중으로 높은 전기전도성을 나타낼 수 있고, 카본블랙의 표면 상태에 적합한 상용성을 가진 분산첨가제를 혼합함으로써 종래의 다공성 카본블랙 조성물에 비해 뛰어난 가요성을 나타낼 수 있다.

이하, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

제조예 : 판상 금속필러 제조

영률이 100 GPa 이하인 구상 금속필러(구리, 금, 은, 알루미늄, 평균입경 3㎛) 100 중량부에 대하여 영률이 200 GPa 인 산화지르코늄 재질의 beads 400 중량부를 투입하고, 메틸이소부틸케톤 300 중량부를 투입한 후, 플라네터리 밀링 방식의 분산 장비를 이용하여 분산시킴으로써 판상 금속필러를 수득한다. 플라네터리 밀링 장비의 rpm, 가동 시간을 조절하여 판상 금속필러의 물리적 변형의 정도(두께:장경의 비율)을 제어할 수 있다.

<실시예 1>

아크릴계 수지(애경화학, AF-301R) 100 중량부에 대하여 메틸이소부틸케톤 300중량부를 투입하고, 다공성 카본블랙(Lion Chemical, EC300J, 1차입자 평균입경 40 nm) 40 중량부 및 제조예에서 제조된 판형 금속필러인 판상 은(Sigma Aldrich로부터 구입한 구상 은 입자로부터 제조예에 따라 제조(이하, 동일), 두께:장경 비율 1:10) 120 중량부, 아민계 분산첨가제(BYK, D-2013) 40 중량부를 투입하고 3시간 교반하였다. 이 후 이소시아네이트계 열경화제(애경화학, AH-2100) 5중량부를 투입하여 10분간 교반하여 전자파 차폐용 조성물을 제조하였다.

제조된 전자파 차폐용 조성물을 PET 필름(도레이첨단소재㈜, XG210, 100㎛)의 일면에 약 100㎛ 두께로 도포하여 120℃에서 3분간 건조/열경화 함으로써 전자파 차폐시트를 제조하였다.

<실시예 2>

아크릴계 수지(애경화학, AF-301R) 100 중량부에 대하여 메틸이소부틸케톤 300중량부를 투입하고, 다공성 카본블랙(Lion Chemical, EC300J, 1차입자 평균입경 40 nm) 40 중량부 및 제조예에서 제조된 판형 금속필러인 판상 은(Sigma Aldrich, 두께:장경 비율 1:10) 160 중량부, 아민계 분산첨가제(BYK, D-2013) 40 중량부를 투입하고 3시간 교반하였다. 이 후 이소시아네이트계 열경화제(애경화학, AH-2100) 5중량부를 투입하여 10분간 교반하여 전자파 차폐용 조성물을 제조하였다.

<비교예 1>

아크릴계 수지(애경화학, AF-301R) 100 중량부에 대하여 메틸이소부틸케톤 300중량부를 투입하고, 다공성 카본블랙(Lion Chemical, EC300J, 1차입자 평균입경 40 nm) 40 중량부 및 아민계 분산첨가제(BYK, D-2013) 40 중량부를 투입하고 3시간 교반하였다. 이 후 이소시아네이트계 열경화제(애경화학, AH-2100) 5중량부를 투입하여 10분간 교반하여 전자파 차폐용 조성물을 제조하였다.

<비교예 2>

아크릴계 수지(애경화학, AF-301R) 100 중량부에 대하여 메틸이소부틸케톤 300중량부를 투입하고, 제조예에서 제조된 판형 금속필러인 판상 은(Sigma Aldrich, 두께:장경 비율 1:10) 120 중량부, 아민계 분산첨가제(BYK, D-2013) 40 중량부를 투입하고 3시간 교반하였다. 이 후 이소시아네이트계 열경화제(애경화학, AH-2100) 5중량부를 투입하여 10분간 교반하여 전자파 차폐용 조성물을 제조하였다.

<비교예 3>

아크릴계 수지(애경화학, AF-301R) 100 중량부에 대하여 메틸이소부틸케톤 300중량부를 투입하고, 다공성 카본블랙(Lion Chemical, EC300J, 1차입자 평균입경 40 nm) 40 중량부 및 제조예에서 제조된 판형 금속필러인 판상 은(Sigma Aldrich, 두께:장경 비율 1:10) 120 중량부, 아민계 분산첨가제(BYK, D-2013) 5 중량부를 투입하고 3시간 교반하였다. 이 후 이소시아네이트계 열경화제(애경화학, AH-2100) 5중량부를 투입하여 10분간 교반하여 전자파 차폐용 조성물을 제조하였다.

<비교예 4>

아크릴계 수지(애경화학, AF-301R) 100 중량부에 대하여 메틸이소부틸케톤 300중량부를 투입하고, 다공성 카본블랙(Lion Chemical, EC300J, 1차입자 평균입경 40 nm) 40 중량부 및 제조예에서 제조된 판형 금속필러인 판상 은(Sigma Aldrich, 두께:장경 비율 1:10) 40 중량부, 아민계 분산첨가제(BYK, D-2013) 40 중량부를 투입하고 3시간 교반하였다. 이 후 이소시아네이트계 열경화제(애경화학, AH-2100) 5중량부를 투입하여 10분간 교반하여 전자파 차폐용 조성물을 제조하였다.

<비교예 5>

아크릴계 수지(애경화학, AF-301R) 100 중량부에 대하여 메틸이소부틸케톤 300중량부를 투입하고, 다공성 카본블랙(Lion Chemical, EC300J, 1차입자 평균입경 40 nm) 40 중량부 및 제조예에서 제조된 판형 금속필러인 판상 은(Sigma Aldrich, 두께:장경 비율 1:10) 80 중량부, 아민계 분산첨가제(BYK, D-2013) 40 중량부를 투입하고 3시간 교반하였다. 이 후 이소시아네이트계 열경화제(애경화학, AH-2100) 5중량부를 투입하여 10분간 교반하여 전자파 차폐용 조성물을 제조하였다.

<비교예 6>

아크릴계 수지(애경화학, AF-301R) 100 중량부에 대하여 메틸이소부틸케톤 300중량부를 투입하고, 다공성 카본블랙(Lion Chemical, EC300J, 1차입자 평균입경 40 nm) 120 중량부 및 제조예에서 제조된 판형 금속필러인 판상 은(Sigma Aldrich, 두께:장경 비율 1:10) 120 중량부, 아민계 분산첨가제(BYK, D-2013) 40 중량부를 투입하고 3시간 교반하였다. 이 후 이소시아네이트계 열경화제(애경화학, AH-2100) 5중량부를 투입하여 10분간 교반하여 전자파 차폐용 조성물을 제조하였다.

상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 6에 따른 전자파 차폐시트를 사용하여 다음과 같은 실험예를 통해 물성을 측정하고 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

[실험예]

1. 표면 저항 [Ω/cm ² ]

전자파 차폐용 조성물을 PET 필름(㈜도레이첨단소재, XG210, 100 um)의 일면에 도포하여 건조/열경화한 후, 4단자법 표면저항 측정기(MITSUBISHI CHEMICAL ANALYTECH, MCP-T360)를 사용하여 하기 조건으로 전자파 차폐시트의 표면 저항을 측정하였다.

- JIS K 7194

2. 전기전도성 [s/m]

실험예 1의 4단자법으로 측정한 전자파 차폐시트의 표면저항과, 두께측정기(MITUTOYO, VL-50AS)로 측정한 시트의 두께를 이용하여 비저항으로 환산 후, 그 역수를 취함으로써 전자파 차폐시트의 전기전도성을 하기 수학식 1로 계산하였다.

[수학식 1]

3. 가요성

실험예 1의 PET 기재필름에 도포한 전자파 차폐 시트를 180°각도로 10회 접었다 편 후, 접힌 부위에서의 시트 표면의 크랙(Crack) 여부를 관찰하여 가요성의 유무를 측정하였다.

	조성				표면저항 [Ω/cm²]	전기전도성 [s/m]	가요성 유무
	아크릴 수지	다공성 카본블랙	판상 금속필러	분산 첨가제	표면저항 [Ω/cm²]	전기전도성 [s/m]	가요성 유무
실시예 1	100	40	120	40	0.85	42,000	○
실시예 2	100	40	160	40	0.04	212,000	○
비교예 1	100	40	0	40	33	300	○
비교예 2	100	0	120	40	10⁶이상	0.1이하	○
비교예 3	100	40	120	5	측정불가	측정불가	×
비교예 4	100	40	40	40	4.0	2,600	○
비교예 5	100	40	80	40	2.0	6,700	○
비교예 6	100	120	120	40	측정불가	측정불가	×

표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 2에 따른 전자파 차폐시트의 경우는 차폐시트에서 요구되는 모든 특성들을 만족한다.

그러나 비교예 1의 경우, 판상 금속필러 미함유로 오직 다공성 카본블랙 만을 함유하기 때문에 높은 표면저항, 낮은 전기전도성을 나타냈다.

또한 비교예 2의 경우, 다공성 카본블랙이 미함유된 상태로 판상 은 필러만을 첨가하였을 때, 조성물을 도포한 시트는 충분한 가요성을 나타내었으나, 다공성 카본블랙에 의한 전기전도 네트워크가 제대로 형성되지 않아 시트는 절연특성을 나타냈다.

또한 비교예 3의 경우, 전도성 필러의 함유량에 비해 충분한 양의 분산첨가제가 첨가되지 않아 건조/열경화 과정에서 시트의 표면에 크랙이 발생하였고, 시트 형태로 수득될 수 없었다.

또한 비교예 4, 5의 경우, 가요성이 있는 시트는 수득할 수 있었으나, 아크릴계 수지의 양에 대하여 충분한 양의 판상 은 필러가 첨가되지 않아 실시예 1, 2에 비해 낮은 수준의 전기전도성을 나타냈다.

또한 비교예 6의 경우, 아크릴계 수지의 양에 대하여 다공성 카본블랙의 첨가량이 과도하게 많아, 조성물의 점도가 급격하게 상승하고 건조/열경화 과정에서 시트의 표면에 크랙이 발생하였고, 시트 형태로 수득될 수 없었다.

본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

11: 기재
12: 전자파 차폐층
21: 구상 금속필러
22: 물리적으로 변형된 판상 금속필러 (두께:장경 비율 = 1:10)
31: 전자파 차폐시트 표면

Claims

아크릴계 수지, 열경화제, 다공성 카본블랙, 판상 금속필러 및 분산첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 아크릴계 수지 100 중량부에 대해 상기 열경화제 1 ~ 20 중량부, 상기 다공성 카본블랙 10~100 중량부, 상기 판상 금속필러 100~400 중량부 및 상기 분산첨가제 10~100 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 다공성 카본블랙 100 중량부에 대해 상기 판상 금속필러는 100~1000 중량부인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 아크릴계 수지는 중량평균분자량이 10~20 만이고 산가가 5~20 mgKHO/g 인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 다공성 카본블랙은 1차 입자의 평균입경이 20~50 nm이고, BET 비표면적이 500~2000 m²/g인 케첸블랙, 아세틸렌블랙 및 채널블랙 중에서 선택된 1종 이상의 다공성 카본블랙인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 다공성 카본블랙의 체적분율은 상기 전자파 차폐용 조성물에 의해 제조되는 전자파 차폐 필름 전체 체적분율의 75% 이상인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 판상 금속필러는 종횡비가 10 이상이고, 영률이 150 GPa 이하이며, 구리, 금, 은, 알루미늄 또는 그 합금 중에서 선택된 1종 이상의 판상 금속필러인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 판상 금속필러는 영률이 150 GPa이하인 구상 금속 입자가 영률이 150 ~ 200 GPa 인 세라믹 재질의 비즈와 충돌에 의해 입자의 형태가 구상에서 판상으로 물리적 변형된 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 열경화제는 멜라민계, 폴리(우레아-포름알데히드), 에폭시계 및 이소시아네이트계 중에서 선택된 1종 이상의 열경화제인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 분산첨가제는 카르본산계, 아민계 및 알킬암모늄염계 중에서 선택된 1종 이상의 분산첨가제인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐용 조성물.
기재와,
상기 기재의 적어도 한 면에 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 전자파 차폐용 조성물을 도포한 전자파 차폐층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐시트.
제11항에 있어서,
상기 전자파 차폐층은 열경화에 의해 가교구조가 형성된 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐시트.
제11항에 있어서,
상기 기재는 전자소자 또는 플라스틱, 금속, 웨이퍼 재질의 기판인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐시트.
제11항에 있어서,
상기 전자파 차폐시트의 표면저항은 1 Ω/cm² 이하인 것을 특징으로 하는, 전자파 차폐시트.