WO2024242523A1 - 발열 유닛 및 이의 제조방법 - Google Patents

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WO2024242523A1
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nickel
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김양일
박찬무
진영섭
이상화
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    • H05B2203/017—Manufacturing methods or apparatus for heaters

Definitions

  • the present invention relates to a heating unit and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a heating unit having excellent heating performance, plating reliability, etc., and a method for manufacturing the same.
  • a laser direct structuring process In order to plate a metal layer on at least a portion of the surface of a molded article formed from a thermoplastic resin composition, a laser direct structuring process (LDS process) can be used.
  • the LDS process is a process performed before a plating step, which means a process in which a laser is irradiated on a plating target area of the surface of the molded article to modify the plating target area of the surface of the molded article so that the area has properties suitable for plating.
  • the thermoplastic resin composition for manufacturing the molded article must contain a laser direct structuring additive (LDS additive) capable of forming a metal nucleus by a laser.
  • the additive decomposes when exposed to a laser to generate a metal nucleus.
  • the area irradiated with the laser has a roughened surface. Due to the metal nucleus and surface roughness, the area modified by the laser becomes suitable for plating.
  • An electronic cigarette is an atomizing device that forms vapor by heating and vaporizing a liquid, and includes a vaporizing unit for vaporizing the liquid.
  • the vaporizing unit is a heating unit that generates heat and vaporizes the liquid when power is applied, and the vaporizing unit of an electronic cigarette is usually in the form of a metal coil such as copper wound around the inside or outside of a plastic cylinder.
  • the maximum temperature is about 250°C, and has an operating time of about 4 minutes, including a heating time of about 30 seconds to the maximum temperature.
  • the background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2011-0018319, etc.
  • the purpose of the present invention is to provide a heating unit having excellent heating performance, plating reliability, etc.
  • Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the heating unit.
  • the heat generating unit comprises: a substrate formed from a thermoplastic resin composition comprising about 100 parts by weight of a polyaryletherketone resin and about 1 to about 20 parts by weight of an additive for laser direct structuring; and a plating layer formed on at least a portion of a surface of the substrate by a laser direct structuring process and a plating process, wherein the plating layer is a laminate of a copper plating layer and a nickel plating layer, and the plating layer has a cross-sectional thickness of about 100 to about 1,000 ⁇ m, and a cross-sectional thickness ratio of the copper plating layer and the nickel plating layer is about 1:1 to about 1:80.
  • the polyaryl ether ketone resin may include a repeating unit represented by the following chemical formula 1.
  • the polyaryl ether ketone resin may have a melt viscosity of about 50 to about 500 Pa ⁇ s as measured by a capillary viscometer under conditions of a temperature of 400° C. and a shear rate of 1000 sec -1 according to ASTM D3835.
  • the additive for laser direct structuring may include at least one of a heavy metal complex oxide spinel and a copper salt.
  • the plating process may include a copper electroless plating step, a copper electrolytic plating step, and a nickel electrolytic plating step.
  • the plating process may include a nickel electroless plating step, a nickel electrolytic plating step, and a copper electrolytic plating step.
  • the plating layer may have a maximum temperature of about 200 to about 300°C as measured by a thermal imaging camera when supplied with 20 A current and 10 V voltage.
  • the time taken for the plating layer to reach 150° C. as measured by a thermal imaging camera after supplying 20 A current and 10 V voltage can be about 1 to about 100 seconds.
  • the thermoplastic resin composition is aged at 25°C for 6 hours on an injection-molded specimen having a size of 50 mm ⁇ 90 mm ⁇ 3.2 mm, then the surface of the specimen is activated in a stripe shape through a laser direct structuring process, and the plating layer is formed on the activated surface through a plating process, and then the plated specimen is left in a chamber under conditions of 85°C and 85% RH for 72 hours, and 100 grids having a size of 1 mm ⁇ 1 mm are imprinted on the plating layer, and then the number of grids that are not peeled off when the specimen is removed with tape may be about 90 to about 100.
  • thermoplastic resin composition is aged at 25°C for 6 hours on an injection-molded specimen having a size of 50 mm ⁇ 90 mm ⁇ 3.2 mm, then the surface of the specimen is activated in a stripe shape through a laser direct structuring process, and the plating layer is formed on the activated surface through a plating process, and then the plated specimen is left in a chamber under 250°C conditions for 200 hours, and 100 grids having a size of 1 mm ⁇ 1 mm are imprinted on the plating layer (copper layer), and then the number of grids that are not peeled off when the specimen is removed with tape may be about 90 to about 100.
  • Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a heating unit.
  • the method comprises the steps of: manufacturing a substrate from a thermoplastic resin composition including about 100 parts by weight of a polyaryletherketone resin and about 1 to about 20 parts by weight of an additive for laser direct structuring; irradiating a laser to at least a portion of a surface area of the substrate; electrolessly plating copper or nickel on the area irradiated with the laser; electrolytically plating copper or nickel on the electroless-plated plating layer of copper or nickel; and electrolytically plating nickel or copper on the electrolytically-plated plating layer of copper or nickel to form a plating layer; wherein the plating layer is a laminate of a copper plating layer and a nickel plating layer, and the plating layer has a cross-sectional thickness of about 100 to about 1,000 ⁇ m, and a cross-sectional thickness ratio of the copper plating layer and the nickel plating layer is about 1:1 to about 1:80.
  • the substrate may be manufactured by injection molding the thermoplastic resin composition using an injection molding machine under conditions of a molding temperature of about 380 to about 480° C. and a mold temperature of about 50 to about 200° C.
  • the wavelength of the laser can be 248 nm, 308 nm, 355 nm, 532 nm, 1,064 nm or 10,600 nm.
  • the electroless plating of copper can be performed in an electroless copper plating solution at about 55°C for about 10 to about 40 minutes
  • the electroless plating of nickel can be performed in an electroless nickel plating solution at about 50°C for about 10 to about 40 minutes.
  • the electrolytic plating of copper can be performed at a current density of about 10 A/dm 2 for about 1 to about 3,000 minutes, and the electrolytic plating of nickel can be performed at a current density of about 5 A/dm 2 for about 1 to about 3,000 minutes.
  • the present invention has the effect of providing a heating unit having excellent heating performance, plating reliability, etc., and a method for manufacturing the same.
  • Figure 1 schematically illustrates a heating unit according to one specific example of the present invention.
  • a heating unit according to the present invention comprises (A) a substrate formed from a thermoplastic resin composition; and (B) a plating layer.
  • a substrate is formed from a thermoplastic resin composition for a laser direct structuring process (LDS process), wherein the thermoplastic resin composition comprises (a) a polyaryletherketone resin and (b) an additive for laser direct structuring.
  • LDS process laser direct structuring process
  • a polyaryl ether ketone resin according to one specific example of the present invention can improve the plating reliability, heat resistance, etc. of a heat generating unit, and a polyaryl ether ketone resin used in a conventional thermoplastic resin composition can be used.
  • a polyaryl ether ketone resin (such as a polyether ether ketone resin) containing a repeating unit represented by the following chemical formula 1 can be used.
  • the polyaryl ether ketone resin may have a melt viscosity of about 50 to about 500 Pa ⁇ s, for example, about 100 to about 400 Pa ⁇ s, as measured by a capillary viscometer under conditions of a temperature of 400 ° C. and a shear rate of 1000 sec -1 according to ASTM D3835. In this range, the plating reliability, heat resistance, etc. of the heating unit may be excellent.
  • An additive for laser direct structuring is capable of forming a metal nucleus by a laser, and an additive for laser direct structuring used in a typical resin composition for laser direct structuring can be used.
  • the laser means light amplified by stimulated emission (stimulated emission light), and the laser can be ultraviolet light having a wavelength of about 100 to about 400 nm, visible light having a wavelength of about 400 to about 800 nm, or infrared light having a wavelength of about 800 to about 25,000 nm, for example, infrared light having a wavelength of about 1,000 to about 2,000 nm.
  • the additive for laser direct structuring may include a heavy metal mixture oxide spinel and/or a copper salt.
  • the heavy metal composite oxide spinel may include magnesium aluminum oxide (MgAl 2 O 4 ), zinc aluminum oxide (ZnAl 2 O 4 ), iron aluminum oxide (FeAl 2 O 4 ), copper iron oxide (CuFe 2 O 4 ), copper chromium oxide (CuCr 2 O 4 ), manganese iron oxide (MnFe 2 O 4 ), nickel iron oxide (NiFe 2 O 4 ), titanium iron oxide (TiFe 2 O 4 ), iron chromium oxide (FeCr 2 O 4 ), magnesium chromium oxide (MgCr 2 O 4 ), and combinations thereof.
  • copper chromium oxide (CuCr 2 O 4 ) can be used. Since the copper chromium oxide (CuCr 2 O 4 ) has a dark color, it can be applied when the color required for the final molded product is a dark color such as black or gray.
  • examples of the copper salt include, but are not limited to, copper hydroxide phosphate, copper phosphate, copper sulfate, cuprous thiocyanate, and combinations thereof.
  • copper hydroxide phosphate can be used.
  • the copper hydroxide phosphate is a compound in which copper phosphate and copper hydroxide are combined, and may be specifically Cu 3 (PO 4 ) 2 ⁇ 2Cu(OH) 2 , Cu 3 (PO 4 ) 2 ⁇ Cu(OH) 2 , etc.
  • the copper hydroxide phosphate does not lower the color reproducibility of an additionally added coloring agent, so that a molded product of a desired color can be easily obtained.
  • the additive for laser direct structuring may have an average particle diameter of about 0.01 to about 50 ⁇ m, for example, about 0.1 to about 30 ⁇ m, specifically about 0.5 to about 10 ⁇ m.
  • a plating surface can be uniformly formed during plating through laser direct structuring.
  • the average particle diameter is a number average diameter, and means the diameter measured by D50 (the particle diameter at the point where the distribution ratio is 50%).
  • the additive for laser direct structuring may be included in an amount of about 1 to about 20 parts by weight, for example, about 5 to about 15 parts by weight, relative to about 100 parts by weight of the polyaryl ether ketone resin.
  • the content of the additive for laser direct structuring is less than about 1 part by weight relative to about 100 parts by weight of the polyaryl ether ketone resin, there is a concern that when a thermoplastic resin composition (substrate) is irradiated with a laser, a sufficient amount of metal nuclei may not be formed for plating, thereby preventing plating or reducing plating reliability, etc., and when it exceeds about 20 parts by weight, there is a concern that the plating reliability, mechanical properties, etc. of the thermoplastic resin composition (substrate) may be reduced.
  • thermoplastic resin composition according to one specific example of the present invention may further include additives included in conventional thermoplastic resin compositions.
  • additives include, but are not limited to, inorganic fillers, flame retardants, anti-dripping agents, lubricants, nucleating agents, stabilizers, release agents, pigments, dyes, and mixtures thereof.
  • the content thereof may be about 0.001 to about 40 parts by weight, for example, about 0.1 to about 10 parts by weight, relative to about 100 parts by weight of the polyaryletherketone resin.
  • thermoplastic resin composition according to one specific example of the present invention may be in the form of pellets obtained by mixing the above components and melt-extruding them at about 360 to about 420°C, for example, about 380 to about 410°C, using a conventional twin-screw extruder.
  • the thermoplastic resin composition is aged at 25° C. for 6 hours on an injection-molded specimen measuring 50 mm ⁇ 90 mm ⁇ 3.2 mm, then the surface of the specimen is activated in a stripe shape through a laser direct structuring process, and the plating layer is formed on the activated surface through a plating process, and the plated specimen is left in a chamber under conditions of 85° C. and 85% RH for 72 hours, and 100 grids measuring 1 mm ⁇ 1 mm are imprinted on the plating layer (copper layer), and then the number of grids that are not peeled off when the specimen is removed with tape may be about 90 to about 100.
  • the thermoplastic resin composition is aged at 25°C for 6 hours on an injection-molded specimen measuring 50 mm ⁇ 90 mm ⁇ 3.2 mm, then the surface of the specimen is activated in a stripe shape through a laser direct structuring process, and the plating layer is formed on the activated surface through a plating process, and the plated specimen is left in a chamber under 250°C conditions for 200 hours, and 100 grids measuring 1 mm ⁇ 1 mm are imprinted on the plating layer (copper layer), and then the number of grids that are not peeled off when the specimen is removed with tape may be about 90 to about 100.
  • a substrate according to one specific example of the present invention is formed from the thermoplastic resin composition.
  • a molded product can be manufactured using the thermoplastic resin composition by a molding method such as injection molding, compression molding, blow molding, or extrusion molding.
  • the substrate can be easily formed by a person having ordinary knowledge in the field to which the present invention belongs.
  • a plating layer is formed on at least a portion of a surface area of the substrate by a laser direct structuring process and a plating process, and is a layered structure in which a copper plating layer and a nickel plating layer are laminated.
  • the plating layer may have a cross-sectional thickness of about 100 to about 1,000 ⁇ m, and a cross-sectional thickness ratio of the copper plating layer and the nickel plating layer may be about 1:1 to about 1:80.
  • the plating process may include a copper electroless plating step, a copper electrolytic plating step, and a nickel electrolytic plating step.
  • a plating layer in the form of a copper plating layer and a nickel plating layer sequentially laminated on a portion of the substrate surface can be obtained.
  • the plating process may include a nickel electroless plating step, a nickel electrolytic plating step, and a copper electrolytic plating step.
  • a plating layer in the form of a nickel plating layer and a copper plating layer sequentially laminated on a portion of the substrate surface can be obtained.
  • the plating layer may have a thickness of about 100 to about 1,000 ⁇ m, for example, about 100 to about 700 ⁇ m, as measured by a SEM/EDS (scanning electron microscope/energy dispersive spectroscopy). If the thickness of the plating layer cross section is less than about 100 ⁇ m, there is a concern that plating reliability, etc. may deteriorate, and if it exceeds about 1,000 ⁇ m, there is a concern that heat generation performance, etc. may deteriorate.
  • SEM/EDS scanning electron microscope/energy dispersive spectroscopy
  • the plating layer may have a cross-sectional thickness ratio (copper plating layer:nickel plating layer) of the copper plating layer and the nickel plating layer as measured by SEM/EDS (scanning electron microscope/energy dispersive spectroscopy) of about 1:1 to about 1:80, for example, about 1:1.1 to about 1:50.
  • SEM/EDS scanning electron microscope/energy dispersive spectroscopy
  • the plating layer may have a maximum temperature of about 200 to about 300° C., for example, about 230 to about 280° C., as measured by a thermal imaging camera when supplied with 20 A current and 10 V voltage.
  • the plating layer may have a time to reach a temperature of about 1 to about 100 seconds, for example, about 5 to about 60 seconds, when measured by a thermal imaging camera after supplying 20 A current and 10 V voltage.
  • a heating unit includes the substrate and the plating layer, and thus has excellent heating performance, plating reliability, etc., and thus can be used as a vaporizing unit (heating unit) of an electronic cigarette, an induction internal circuit, etc.
  • the shape of the substrate may be cylindrical, and the plating layer may be formed in a coil-like pattern on the inside or outside of the cylindrical substrate.
  • FIG. 1 schematically illustrates a heat generating unit according to one embodiment of the present invention.
  • the sizes of components constituting the invention in the drawing are exaggerated for clarity of the specification and are not limited thereto.
  • a heat generating unit (10) according to one embodiment of the present invention may include a substrate (20); and a plating layer (30) formed on at least a portion of the surface of the substrate (20) by a laser direct structuring process and a plating process.
  • a heat generating unit (10) can be manufactured by a manufacturing method including the steps of: manufacturing a substrate (20) from the thermoplastic resin composition; irradiating a laser to at least a portion of a surface area (a plating layer (30) area) of the substrate (20); electrolessly plating copper or nickel on the area irradiated with the laser; electrolytically plating copper or nickel on the electroless-plated plating layer of copper or nickel; and electrolytically plating nickel or copper on the electrolytically-plated plating layer of copper or nickel to form a plating layer (30).
  • the substrate (20) may be manufactured by injection molding the thermoplastic resin composition using an injection molding machine under conditions of a molding temperature of about 380 to about 480° C. and a mold temperature of about 50 to about 200° C.
  • the additive for laser direct structuring included in the substrate (20) is decomposed by the laser irradiation to generate metal nuclei.
  • the area irradiated with the laser (the area of the plating layer (30)) has a surface roughness suitable for plating.
  • the wavelength of the laser may be 248 nm, 308 nm, 355 nm, 532 nm, 1,064 nm, or 10,600 nm.
  • the electroless plating (metallization) process of the copper or nickel may be performed through a conventional electroless plating process.
  • a copper or nickel electroless plating layer may be formed on a laser-irradiated area (plating layer (30) area) of a surface of a substrate (20) by immersing the substrate (20) irradiated with a laser in one or more electroless plating baths.
  • the electrolytic plating (metallization) process of the copper or nickel and the electrolytic plating process of the nickel or copper may be performed through a conventional electrolytic plating process.
  • the substrate (20) on which copper or nickel is electrolessly plated may be immersed in one or more electrolytic plating tanks, copper or nickel may be electroplated on the electroless plating layer of copper or nickel, and then nickel or copper may be electroplated on the electrolytic plating layer of copper or nickel, so as to finally form the plating layer (30) on the laser-irradiated area of the surface of the substrate (20).
  • the electroless plating of copper can be performed in an electroless copper plating solution (such as Circuposit 4500) at about 55°C for about 10 to about 40 minutes
  • the electroless plating of nickel can be performed in an electroless nickel plating solution (such as Ronamax SMT-115) at about 50°C for about 10 to about 40 minutes.
  • the electrolytic plating of copper can be performed at a current density of about 10 A/dm 2 for about 1 to about 3,000 minutes
  • the electrolytic plating of nickel can be performed at a current density of about 5 A/dm 2 for about 1 to about 3,000 minutes.
  • a plating layer having a desired overall cross-sectional thickness of the plating layer and a cross-sectional thickness ratio of the copper plating layer and the nickel plating layer can be formed.
  • the heating unit (10) in which a plating layer (30) is formed on at least a portion of the surface of the substrate (20) by a laser direct structuring process can be easily formed by a person having ordinary knowledge in the field to which the present invention belongs.
  • A2 Polyether ether ketone resin (manufacturer: Victrex, product name: 450G, melt viscosity: approximately 350 Pa ⁇ s) was used.
  • the electroless plating of copper (Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4) was performed in an electroless copper plating solution (Circuposit 4500) at about 55°C for about 10 to about 40 minutes
  • the electroless plating of nickel (Comparative Example 5) was performed in an electroless nickel plating solution (Ronamax SMT-115) at about 50°C for about 10 to about 40 minutes.
  • the electroless plating of copper (Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4) was performed at a current density of about 10 A/dm 2 for about 1 to about 3,000 minutes
  • the electroless plating of nickel (Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 5) was performed at a current density of about 5 A/dm 2 for about 1 to about 3,000 minutes.
  • the physical properties of the manufactured heating unit specimens were evaluated using the following methods, and the results are shown in Tables 1 and 2 below.
  • Example 1 2 3 (A1) (Weight) 100 100 - (A2) (Weight) - - 100 (B1) (Weight) 10 - 10 (B2) (Weight) - 10 - Copper plating layer cross-sectional thickness ( ⁇ m) 13 15 257 Nickel plating layer cross-sectional thickness ( ⁇ m) 95 531 341 Total thickness of plating layer cross section ( ⁇ m) 108 546 598 Sectional thickness ratio (copper:nickel) 1:7.3 1:35.4 1:1.3 Maximum temperature (°C) 271 247 257 Time to reach 150°C (sec) 10 35 18 High humidity plating reliability (pcs) 97 96 98 High temperature plating reliability (pcs) 98 95 97 .
  • the heating unit of the present invention has excellent heating performance (maximum temperature, time to reach 150°C), high humidity and high temperature plating reliability, etc.

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Abstract

본 발명의 발열 유닛은 폴리아릴에테르케톤 수지 약 100 중량부 및 레이저 직접 구조화용 첨가제 약 1 내지 약 20 중량부를 포함하는 열가소성 수지 조성물로부터 형성되는 기판; 및 상기 기판의 표면의 적어도 일부 영역에 레이저 직접 구조화 공정 및 도금 공정에 의해 형성된 도금층;을 포함하며, 상기 도금층은 구리 도금층과 니켈 도금층이 적층된 것이고, 상기 도금층은 단면의 두께가 약 100 내지 약 1,000 ㎛이며, 상기 구리 도금층과 상기 니켈 도금층의 단면 두께비가 약 1 : 1 내지 약 1 : 80인 것을 특징으로 한다. 상기 발열 유닛은 발열 성능, 도금 신뢰성 등이 우수하다.

Description

발열 유닛 및 이의 제조방법
본 발명은 발열 유닛 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 발열 성능, 도금 신뢰성 등이 우수한 발열 유닛 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
열가소성 수지 조성물로부터 형성되는 성형품 표면의 적어도 일부에 금속층을 도금하기 위하여, 레이저 직접 구조화 공정(laser direct structuring process: LDS process)이 사용될 수 있다. 레이저 직접 구조화 공정은, 도금 단계 이전에 수행되는 공정으로서, 성형품 표면의 도금 대상 영역에 레이저를 조사함으로써, 성형품 표면의 도금 대상 영역을 개질하여 도금에 적합한 성질을 갖도록 하는 공정을 의미한다. 이를 위하여, 성형품을 제조하기 위한 열가소성 수지 조성물은 레이저에 의하여 금속 핵을 형성할 수 있는 레이저 직접 구조화용 첨가제(LDS 첨가제)를 함유하여야 한다. 상기 첨가제는 레이저를 받으면 분해되면서 금속 핵을 생성한다. 또한, 레이저가 조사된 영역은 거칠어진 표면을 갖게 된다. 이러한 금속 핵 및 표면 거칠기로 인하여, 레이저로 개질된 영역은 도금에 적합하게 된다.
전자 담배는 액체에 열을 가해 기화시킴으로써 수증기를 형성하는 분무 장치로, 액체를 기화시키기 위한 기화부를 포함한다. 상기 기화부는 전원이 인가되면 발열하여 액체를 기화하는 발열 유닛으로, 전자 담배의 기화부는 통상적으로 구리 등의 금속 코일이 플라스틱 원통 내부 또는 외부에 감겨있는 형태이다. 금속 코일을 적용한 기화부(발열 코일 유닛)의 경우, 최대 온도가 약 250℃이고, 최대 온도 까지의 승온 시간 약 30초를 포함하여, 4분 내외의 작동 시간을 갖는다.
최근, 금속 코일의 적용이 아닌, 레이저 직접 구조화 공정을 적용한 금속 도금 공정으로 발열 유닛을 제조하는 연구가 시작되었다. 도금 공정으로 제조되는 발열 유닛이 전자 담배 등의 발열 유닛으로 사용되기 위해서는 150℃까지 도달하는데 걸리는 시간이 100초 이하로 발열 성능이 우수하여야 하고, 도금 신뢰성 등이 우수하여야 한다.
따라서, 발열 성능, 도금 신뢰성 등이 우수한 발열 유닛 및 이의 제조방법의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2011-0018319호 등에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 발열 성능, 도금 신뢰성 등이 우수한 발열 유닛을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 발열 유닛의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
1. 본 발명의 하나의 관점은 발열 유닛에 대한 것이다. 상기 발열 유닛은 폴리아릴에테르케톤 수지 약 100 중량부 및 레이저 직접 구조화용 첨가제 약 1 내지 약 20 중량부를 포함하는 열가소성 수지 조성물로부터 형성되는 기판; 및 상기 기판의 표면의 적어도 일부 영역에 레이저 직접 구조화 공정 및 도금 공정에 의해 형성된 도금층;을 포함하며, 상기 도금층은 구리 도금층과 니켈 도금층이 적층된 것이고, 상기 도금층은 단면의 두께가 약 100 내지 약 1,000 ㎛이며, 상기 구리 도금층과 상기 니켈 도금층의 단면 두께비가 약 1 : 1 내지 약 1 : 80인 것을 특징으로 한다.
2. 상기 1 구체예에서, 상기 폴리아릴에테르케톤 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2024095593-appb-img-000001
3. 상기 1 또는 2 구체예에서, 상기 폴리아릴에테르케톤 수지는 ASTM D3835에 의거하여, 400℃ 온도 및 1000 sec-1 전단율 조건에서 모세관식 점도관 유량계로 측정한 용융점도(melt viscosity)가 약 50 내지 약 500 Pa·s일 수 있다.
4. 상기 1 내지 3 구체예에서, 상기 레이저 직접 구조화용 첨가제는 중금속 복합 산화물 스피넬 및 구리염 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
5. 상기 1 내지 4 구체예에서, 상기 도금 공정은 구리 무전해 도금 단계, 구리 전해 도금 단계 및 니켈 전해 도금 단계를 포함할 수 있다.
6. 상기 1 내지 5 구체예에서, 상기 도금 공정은 니켈 무전해 도금 단계, 니켈 전해 도금 단계 및 구리 전해 도금 단계를 포함할 수 있다.
7. 상기 1 내지 6 구체예에서, 상기 도금층은 20 A 전류 및 10 V 전압 공급 시, 열화상 카메라로 측정한 최대 온도가 약 200 내지 약 300℃일 수 있다.
8. 상기 1 내지 7 구체예에서, 상기 도금층은 20 A 전류 및 10 V 전압 공급 후, 열화상 카메라로 측정한 150℃까지의 도달 시간이 약 1 내지 약 100초일 수 있다.
9. 상기 1 내지 8 구체예에서, 상기 열가소성 수지 조성물은 50 mm × 90 mm × 3.2 mm 크기 사출성형 시편을 25℃에서 6시간 에이징(aging)한 후, 레이저 직접 구조화 공정을 통해 스트라이프(stripe)형으로 시편의 표면을 활성화하고, 도금 공정을 통해 활성화된 표면에 상기 도금층을 형성한 후, 도금 완료된 시편을 85℃, 85% RH 조건의 챔버에 72시간 동안 방치하고, 1 mm × 1 mm 크기의 모눈격자 100개를 도금층에 각인한 후, 테이프(tape)로 탈착 시 박리되지 않은 모눈격자의 수가 약 90 내지 약 100개일 수 있다.
10. 상기 1 내지 9 구체예에서, 상기 열가소성 수지 조성물은 50 mm × 90 mm × 3.2 mm 크기 사출성형 시편을 25℃에서 6시간 에이징(aging)한 후, 레이저 직접 구조화 공정을 통해 스트라이프(stripe)형으로 시편의 표면을 활성화하고, 도금 공정을 통해 활성화된 표면에 상기 도금층을 형성한 후, 도금 완료된 시편을 250℃ 조건의 챔버에 200시간 동안 방치하고, 1 mm × 1 mm 크기의 모눈격자 100개를 도금층(구리층)에 각인한 후, 테이프(tape)로 탈착 시 박리되지 않은 모눈격자의 수가 약 90 내지 약 100개일 수 있다.
11. 본 발명의 다른 관점은 발열 유닛의 제조방법에 관한 것이다. 상기 제조방법은 폴리아릴에테르케톤 수지 약 100 중량부 및 레이저 직접 구조화용 첨가제 약 1 내지 약 20 중량부를 포함하는 열가소성 수지 조성물로부터 기판을 제조하고; 상기 기판의 표면의 적어도 일부 영역에 레이저를 조사하고; 레이저가 조사된 영역에 구리 또는 니켈을 무전해 도금하고; 구리 또는 니켈이 무전해 도금된 도금층 위에, 구리 또는 니켈을 전해 도금하고; 그리고 구리 또는 니켈이 전해 도금된 도금층 위에, 니켈 또는 구리를 전해 도금하여 도금층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 도금층은 구리 도금층과 니켈 도금층이 적층된 것이고, 상기 도금층은 단면의 두께가 약 100 내지 약 1,000 ㎛이며, 상기 구리 도금층과 상기 니켈 도금층의 단면 두께비가 약 1 : 1 내지 약 1 : 80인 것을 특징으로 한다.
12. 상기 11 구체예에서, 상기 기판은 상기 열가소성 수지 조성물을 사출기를 사용하여, 약 380 내지 약 480℃의 성형 온도 및 약 50 내지 약 200℃의 금형 온도 조건에서 사출 성형하여 제조한 것일 수 있다.
13. 상기 11 또는 12 구체예에서, 상기 레이저의 파장은 248 nm, 308 nm, 355 nm, 532 nm, 1,064 nm 또는 10,600 nm일 수 있다.
14. 11 내지 13 구체예에서, 상기 구리의 무전해 도금은 약 55℃의 무전해 구리 도금 용액에서 약 10 내지 약 40분 동안 수행될 수 있고, 상기 니켈의 무전해 도금은 약 50℃의 무전해 니켈 도금 용액에서 약 10 내지 약 40분 동안 수행될 수 있다.
15. 11 내지 14 구체예에서, 상기 구리의 전해 도금은 전류밀도 약 10 A/dm2에서 약 1 내지 약 3,000분 동안 수행될 수 있고, 상기 니켈의 전해 도금은 전류밀도 약 5 A/dm2에서 약 1 내지 약 3,000분 동안 수행될 수 있다.
본 발명은 발열 성능, 도금 신뢰성 등이 우수한 발열 유닛 및 이의 제조방법을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 발열 유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면, 다음과 같다.
본 발명에 따른 발열 유닛은 (A) 열가소성 수지 조성물로부터 형성되는 기판; 및 (B) 도금층;을 포함한다.
본 명세서에서, 수치범위를 나타내는 "a 내지 b"는 "≥a 이고 ≤b"으로 정의한다.
(A) 기판
본 발명의 일 구체예에 따른 기판은 레이저 직접 구조화 공정(laser direct structuring process: LDS process)용 열가소성 수지 조성물로부터 형성되는 것으로서, 상기 열가소성 수지 조성물은 (a) 폴리아릴에테르케톤 수지 및 (b) 레이저 직접 구조화용 첨가제를 포함한다.
(a) 폴리아릴에테르케톤 수지
본 발명의 일 구체예에 따른 폴리아릴에테르케톤 수지는 발열 유닛의 도금 신뢰성, 내열성 등을 향상시킬 수 있는 것으로서, 통상의 열가소성 수지 조성물에 사용되는 폴리아릴에테르케톤 수지를 사용할 수 있다.
구체예에서, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 폴리아릴에테르케톤 수지(폴리에테르에테르케톤 수지 등)를 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2024095593-appb-img-000002
구체예에서, 상기 폴리아릴에테르케톤 수지는 ASTM D3835에 의거하여, 400℃ 온도 및 1000 sec-1 전단율 조건에서 모세관식 점도관 유량계로 측정한 용융점도(melt viscosity)가 약 50 내지 약 500 Pa·s, 예를 들면 약 100 내지 약 400 Pa·s일 수 있다. 상기 범위에서, 발열 유닛의 도금 신뢰성, 내열성 등이 우수할 수 있다.
(b) 레이저 직접 구조화용 첨가제
본 발명의 일 구체예에 따른 레이저 직접 구조화(laser direct structuring: LDS)용 첨가제는 레이저에 의해 금속 핵을 형성할 수 있는 것으로서, 통상의 레이저 직접 구조화용 수지 조성물에 사용되는 레이저 직접 구조화용 첨가제를 사용할 수 있다. 여기서, 상기 레이저는 유도방출에 의해 증폭된 광(유도방출광)을 의미하는 것으로, 상기 레이저는 약 100 내지 약 400 nm 파장의 자외선, 약 400 내지 약 800 nm 파장의 가시광선 또는 약 800 내지 약 25,000 nm 파장의 적외선일 수 있으며, 예를 들면 약 1,000 내지 약 2,000 nm 파장의 적외선일 수 있다.
구체예에서, 상기 레이저 직접 구조화용 첨가제는 중금속 복합 산화물 스피넬(heavy metal mixture oxide spinel) 및/또는 구리염(copper salt)을 포함할 수 있다.
구체예에서, 상기 중금속 복합 산화물 스피넬로는 마그네슘 알루미늄 산화물(MgAl2O4), 아연 알루미늄 산화물(ZnAl2O4), 철 알루미늄 산화물(FeAl2O4), 구리 철 산화물(CuFe2O4), 구리 크롬 산화물(CuCr2O4), 망간 철 산화물(MnFe2O4), 니켈 철 산화물(NiFe2O4), 티타늄 철 산화물(TiFe2O4), 철 크롬 산화물(FeCr2O4), 마그네슘 크롬 산화물(MgCr2O4), 이들의 조합 등을 예시할 수 있다. 예를 들면, 구리 크롬 산화물(CuCr2O4)을 사용할 수 있다. 상기 구리 크롬 산화물(CuCr2O4)은 어두운 색상을 가지므로, 최종 성형품에 요구되는 색상이 검은색, 회색 등 어두운 계열의 색인 경우에 적용할 수 있다.
구체예에서, 상기 구리염(copper salt)으로는 구리 하이드록사이드 포스페이트(copper hydroxide phosphate), 인산구리(copper phosphate), 황산구리(copper sulfate), 티오시안산제1구리(cuprous thiocyanate), 이들의 조합 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 구리 하이드록사이드 포스페이트(copper hydroxide phosphate)를 사용할 수 있다. 상기 구리 하이드록사이드 포스페이트(copper hydroxide phosphate)는 인산구리와 구리 하이드록사이드가 결합되어 있는 화합물로, 구체적으로 Cu3(PO4)2·2Cu(OH)2, Cu3(PO4)2·Cu(OH)2 등일 수 있다. 상기 구리 하이드록사이드 포스페이트(copper hydroxide phosphate)는 추가로 첨가되는 착색제의 색상 재현력을 저하시키지 않아, 원하는 색상의 성형품을 용이하게 얻을 수 있다.
구체예에서, 상기 레이저 직접 구조화용 첨가제는 평균 입경이 약 0.01 내지 약 50 ㎛, 예를 들면 약 0.1 내지 약 30 ㎛, 구체적으로 약 0.5 내지 약 10 ㎛일 수 있다. 상기 범위에서 레이저 직접 구조화를 통한 도금 시 도금 표면을 균일하게 형성할 수 있다. 본 발명에 있어서, 특별히 언급하지 않는 한, 평균 입경이란 수평균 직경이며, D50(분포율이 50% 되는 지점의 입경)을 측정한 것을 의미한다.
구체예에서, 상기 레이저 직접 구조화용 첨가제는 상기 폴리아릴에테르케톤 수지 약 100 중량부에 대하여, 약 1 내지 약 20 중량부, 예를 들면 약 5 내지 약 15 중량부로 포함될 수 있다. 상기 레이저 직접 구조화용 첨가제의 함량이 상기 폴리아릴에테르케톤 수지 약 100 중량부에 대하여, 약 1 중량부 미만일 경우, 열가소성 수지 조성물(기판)에 레이저 조사 시, 도금에 충분한 양의 금속 핵이 형성되지 않아 도금이 되지 않거나, 도금 신뢰성 등이 저하될 우려가 있고, 약 20 중량부를 초과할 경우, 열가소성 수지 조성물(기판)의 도금 신뢰성, 기계적 물성 등이 저하될 우려가 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 열가소성 수지 조성물은 통상의 열가소성 수지 조성물에 포함되는 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 상기 첨가제로는 무기 충진제, 난연제, 적하 방지제, 활제, 핵제, 안정제, 이형제, 안료, 염료, 이들의 혼합물 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 첨가제 사용 시, 그 함량은 상기 폴리아릴에테르케톤 수지 약 100 중량부에 대하여, 약 0.001 내지 약 40 중량부, 예를 들면 약 0.1 내지 약 10 중량부일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 열가소성 수지 조성물은 상기 구성 성분을 혼합하고, 통상의 이축 압출기를 사용하여, 약 360 내지 약 420℃, 예를 들면 약 380 내지 약 410℃에서 용융 압출한 펠렛 형태일 수 있다.
구체예에서, 상기 열가소성 수지 조성물은 50 mm × 90 mm × 3.2 mm 크기 사출성형 시편을 25℃에서 6시간 에이징(aging)한 후, 레이저 직접 구조화 공정을 통해 스트라이프(stripe)형으로 시편의 표면을 활성화하고, 도금 공정을 통해 활성화된 표면에 상기 도금층을 형성한 후, 도금 완료된 시편을 85℃, 85% RH 조건의 챔버에 72시간 동안 방치하고, 1 mm × 1 mm 크기의 모눈격자 100개를 도금층(구리층)에 각인한 후, 테이프(tape)로 탈착 시 박리되지 않은 모눈격자의 수가 약 90 내지 약 100개일 수 있다.
구체예에서, 상기 열가소성 수지 조성물은 50 mm × 90 mm × 3.2 mm 크기 사출성형 시편을 25℃에서 6시간 에이징(aging)한 후, 레이저 직접 구조화 공정을 통해 스트라이프(stripe)형으로 시편의 표면을 활성화하고, 도금 공정을 통해 활성화된 표면에 상기 도금층을 형성한 후, 도금 완료된 시편을 250℃ 조건의 챔버에 200시간 동안 방치하고, 1 mm × 1 mm 크기의 모눈격자 100개를 도금층(구리층)에 각인한 후, 테이프(tape)로 탈착 시 박리되지 않은 모눈격자의 수가 약 90 내지 약 100개일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 기판은 상기 열가소성 수지 조성물로부터 형성된다. 예를 들면, 상기 열가소성 수지 조성물을 이용하여, 사출 성형, 압축 성형, 블로우 성형, 압출 성형 등의 성형 방법으로 성형품을 제조할 수 있다. 상기 기판은 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 형성될 수 있다.
(B) 도금층
본 발명의 일 구체예에 따른 도금층은 상기 기판의 표면의 적어도 일부 영역에 레이저 직접 구조화 공정 및 도금 공정에 의해 형성되는 것으로서, 구리 도금층과 니켈 도금층이 적층된 것이다. 상기 도금층은 단면의 두께가 약 100 내지 약 1,000 ㎛일 수 있고, 상기 구리 도금층과 상기 니켈 도금층의 단면 두께비가 약 1 : 1 내지 약 1 : 80일 수 있다.
구체예에서, 상기 도금 공정은 구리 무전해 도금 단계, 구리 전해 도금 단계 및 니켈 전해 도금 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 기판 표면의 일부 영역 위에 구리 도금층 및 니켈 도금층이 순차적으로 적층된 형태의 도금층을 얻을 수 있다.
구체예에서, 상기 도금 공정은 니켈 무전해 도금 단계, 니켈 전해 도금 단계 및 구리 전해 도금 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 기판 표면의 일부 영역 위에 니켈 도금층 및 구리 도금층이 순차적으로 적층된 형태의 도금층을 얻을 수 있다.
구체예에서, 상기 도금층은 SEM/EDS(주사전자현미경/에너지분산형 분광분석법)으로 측정한 단면의 두께가 약 100 내지 약 1,000 ㎛, 예를 들면 약 100 내지 약 700 ㎛일 수 있다. 상기 도금층 단면의 두께가 약 100 ㎛ 미만일 경우, 도금 신뢰성 등이 저하될 우려가 있고, 약 1,000 ㎛를 초과할 경우, 발열 성능 등이 저하될 우려가 있다.
구체예에서, 상기 도금층은 SEM/EDS(주사전자현미경/에너지분산형 분광분석법)으로 측정한 상기 구리 도금층과 상기 니켈 도금층의 단면 두께비(구리 도금층:니켈 도금층)가 약 1 : 1 내지 약 1 : 80, 예를 들면 약 1 : 1.1 내지 약 1 : 50일 수 있다. 상기 도금층 단면 두께비가 약 1 : 1 미만일 경우, 발열 성능, 도금 신뢰성 등이 저하될 우려가 있고, 약 1 : 80을 초과할 경우, 발열 성능 등이 저하될 우려가 있다.
구체예에서, 상기 도금층은 20 A 전류 및 10 V 전압 공급 시, 열화상 카메라로 측정한 최대 온도가 약 200 내지 약 300℃, 예를 들면 약 230 내지 약 280℃일 수 있다.
구체예에서, 상기 도금층은 20 A 전류 및 10 V 전압 공급 후, 열화상 카메라로 측정한 150℃까지의 도달 시간이 약 1 내지 약 100초, 예를 들면 약 5 내지 약 60초일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 발열 유닛은 상기 기판 및 상기 도금층을 포함하여, 발열 성능, 도금 신뢰성 등이 우수하므로, 전자 담배의 기화부(발열 유닛), 인덕션 내부 회로 등으로 사용 가능하다. 특히, 상기 발열 유닛이 전자 담배의 기화부로 사용될 경우, 기판의 모양은 원통형일 수 있고, 도금층은 원통형 기판의 내부 또는 외부에 코일 유사 패턴으로 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 발열 유닛을 개략적으로 도시한 것이다. 도면에서 발명을 구성하는 구성요소들의 크기는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것일 뿐, 그에 제한되는 것은 아니다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 구체예에 따른 발열 유닛(10)은 기판(20); 및 상기 기판(20) 표면의 적어도 일부에 레이저 직접 구조화 공정 및 도금 공정에 의해 형성된 도금층(30)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 발열 유닛(10)은 상기 열가소성 수지 조성물로부터 기판(20)을 제조하고; 상기 기판(20)의 표면의 적어도 일부 영역(도금층(30) 영역)에 레이저를 조사하고; 레이저가 조사된 영역에 구리 또는 니켈을 무전해 도금하고; 구리 또는 니켈이 무전해 도금된 도금층 위에, 구리 또는 니켈을 전해 도금하고; 그리고 구리 또는 니켈이 전해 도금된 도금층 위에, 니켈 또는 구리를 전해 도금하여 도금층(30)을 형성하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조될 수 있다.
구체예에서, 상기 기판(20)은 상기 열가소성 수지 조성물을 사출기를 사용하여, 약 380 내지 약 480℃의 성형 온도 및 약 50 내지 약 200℃의 금형 온도 조건에서 사출 성형하여 제조한 것일 수 있다.
구체예에서, 상기 레이저 조사에 의해 기판(20)에 포함된 레이저 직접 구조화용 첨가제가 분해되면서 금속 핵을 생성한다. 또한, 레이저가 조사된 영역(도금층(30) 영역)은 도금에 적합한 표면 거칠기를 갖게 된다. 상기 레이저의 파장은 248 nm, 308 nm, 355 nm, 532 nm, 1,064 nm 또는 10,600 nm일 수 있다.
구체예에서, 상기 구리 또는 니켈의 무전해 도금(금속화) 과정은 통상의 무전해 도금 공정을 통해 수행될 수 있다. 예를 들면, 레이저가 조사된 기판(20)을 하나 이상의 무전해 도금조에 담그는 것에 의해 기판(20) 표면의 레이저 조사된 영역(도금층(30) 영역) 상에 구리 또는 니켈 무전해 도금층을 형성시키는 것일 수 있다.
구체예에서, 상기 구리 또는 니켈의 전해 도금(금속화) 과정 및 상기 니켈 또는 구리의 전해 도금 과정은 통상의 전해 도금 공정을 통해 수행될 수 있다. 예를 들면, 구리 또는 니켈이 무전해 도금된 기판(20)을 하나 이상의 전해 도금조에 담궈, 구리 또는 니켈이 무전해 도금된 도금층 위에, 구리 또는 니켈을 전해 도금하고, 다음으로, 구리 또는 니켈이 전해 도금된 도금층 위에, 니켈 또는 구리를 전해 도금하여, 최종적으로 상기 기판(20) 표면의 레이저 조사된 영역 상에 상기 도금층(30)을 형성시키는 것일 수 있다.
구체예에서, 상기 구리의 무전해 도금은 약 55℃의 무전해 구리 도금 용액(Circuposit 4500 등)에서 약 10 내지 약 40분 동안 수행될 수 있고, 상기 니켈의 무전해 도금은 약 50℃의 무전해 니켈 도금 용액(Ronamax SMT-115 등)에서 약 10 내지 약 40분 동안 수행될 수 있다.
구체예에서, 상기 구리의 전해 도금은 전류밀도 약 10 A/dm2에서 약 1 내지 약 3,000분 동안 수행될 수 있고, 상기 니켈의 전해 도금은 전류밀도 약 5 A/dm2 에서 약 1 내지 약 3,000분 동안 수행될 수 있다. 상기 범위에서, 원하는 도금층 전체 단면 두께 및 구리 도금층 및 니켈 도금층의 단면 두께비를 갖는 도금층을 형성할 수 있다.
이와 같이, 레이저 직접 구조화 공정에 의해 기판(20) 표면의 적어도 일부 영역에 도금층(30)이 형성된 발열 유닛(10)은 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 형성될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에서 사용된 각 성분의 사양은 다음과 같다.
(A) 폴리아릴에테르케톤 수지
(A1) 폴리에테르에테르케톤 수지(제조사: Victrex, 제품명: 150G, 용융점도: 약 130 Pa·s)를 사용하였다.
(A2) 폴리에테르에테르케톤 수지(제조사: Victrex, 제품명: 450G, 용융점도: 약 350 Pa·s)를 사용하였다.
(B) 레이저 직접 구조화용 첨가제
(B1) 구리 하이드록사이드 포스페이트(제조사: Merck performance materials, 제품명: Iriotec® 8840)를 사용하였다.
(B2) 구리 크롬 산화물(CuCr2O4, 제조사: SHEPHERD, 제품명: Black 1G)를 사용하였다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5
상기 각 구성 성분을 하기 표 1 및 2에 기재된 바와 같은 함량으로 첨가한 후, 약 380℃에서 압출하여 열가소성 수지 조성물 펠렛을 제조하였다. 압출은 L/D=36, 직경 36 mm인 이축 압출기를 사용하였으며, 제조된 펠렛은 약 100℃에서 약 4시간 이상 건조 후, 10 Oz 사출기(성형 온도: 약 400℃, 금형 온도: 약 150℃)에서 사출하여 기판 시편을 제조하였다. 다음으로, 하기 표 1 및 2에 기재된 바와 같이 구리 및/또는 니켈 도금층을 형성하여, 발열 유닛 시편을 제조하였다. 여기서, 구리의 무전해 도금(실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 4)은 약 55℃의 무전해 구리 도금 용액(Circuposit 4500)에서 약 10 내지 약 40분 동안 수행하였고, 니켈의 무전해 도금(비교예 5)은 약 50℃의 무전해 니켈 도금 용액(Ronamax SMT-115)에서 약 10 내지 약 40분 동안 수행하였다. 또한, 구리의 전해 도금(실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 4)은 전류밀도 약 10 A/dm2에서 약 1 내지 약 3,000분 동안 수행하였고, 니켈의 전해 도금(실시예 1 내지 3, 비교예 2 내지 5)은 전류밀도 약 5 A/dm2에서 약 1 내지 약 3,000분 동안 수행하였다. 제조된 발열 유닛 시편에 대하여 하기의 방법으로 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 1 및 2에 나타내었다.
물성 측정 방법
(1) 도금층 최대 온도: 실시예 및 비교예에서 제조된 발열 유닛 시편의 도금층에 20 A 전류 및 10 V 전압 공급 후, 열화상 카메라(제조사: FLIR, 장치명: T335)를 사용하여, 도금층의 최대 온도(단위: ℃)를 측정하였다.
(2) 도금층 150℃ 도달 시간: 실시예 및 비교예에서 제조된 발열 유닛 시편의 도금층에 20 A 전류 및 10 V 전압 공급 후, 열화상 카메라(제조사: FLIR, 장치명: T335)를 사용하여, 도금층의 온도가 150℃까지 도달하는 시간(단위: 초)을 측정하였다.
(3) 고습 도금 신뢰성 평가: 50 mm × 90 mm × 3.2 mm 크기 사출성형 시편(기판 시편)을 25℃에서 6시간 에이징(aging)한 후, 레이저 직접 구조화 공정을 통해 스트라이프(stripe)형으로 시편의 표면을 활성화하고, 하기 표 1 및 2에 기재된 바와 같이 구리 및/또는 니켈 도금층을 형성한 후, 도금 완료된 시편을 85℃, 85% RH 조건의 챔버에 72시간 동안 방치하고, 1 mm × 1 mm 크기의 모눈격자 100개를 도금층(구리층)에 각인한 후, 테이프(tape)로 탈착 시 박리되지 않은 모눈격자의 수를 측정하였다.
(4) 고온 도금 신뢰성 평가: 50 mm × 90 mm × 3.2 mm 크기 사출성형 시편을 25℃에서 6시간 에이징(aging)한 후, 레이저 직접 구조화 공정을 통해 스트라이프(stripe)형으로 시편의 표면을 활성화하고, 하기 표 1 및 2에 기재된 바와 같이 구리 및/또는 니켈 도금층을 형성한 후, 도금 완료된 시편을 250℃ 조건의 챔버에 200시간 동안 방치하고, 1 mm × 1 mm 크기의 모눈격자 100개를 도금층(구리층)에 각인한 후, 테이프(tape)로 탈착 시 박리되지 않은 모눈격자의 수를 측정하였다.
실시예
1 2 3
(A1) (중량부) 100 100 -
(A2) (중량부) - - 100
(B1) (중량부) 10 - 10
(B2) (중량부) - 10 -
구리 도금층 단면 두께 (㎛) 13 15 257
니켈 도금층 단면 두께 (㎛) 95 531 341
도금층 단면 전체 두께 (㎛) 108 546 598
단면 두께비 (구리:니켈) 1:7.3 1:35.4 1:1.3
최대 온도 (℃) 271 247 257
150℃ 도달 시간 (초) 10 35 18
고습 도금 신뢰성 (개) 97 96 98
고온 도금 신뢰성 (개) 98 95 97
비교예
1 2 3 4 5
(A1) (중량부) 100 100 100 100 -
(A2) (중량부) - - - - 100
(B1) (중량부) 10 10 15 - 10
(B2) (중량부) - - - 10 -
구리 도금층 단면 두께 (㎛) 1,052 11 321 13 -
니켈 도금층 단면 두께 (㎛) - 1,096 258 51 431
도금층 단면 전체 두께 (㎛) 1,052 1,107 579 64 431
단면 두께비 (구리:니켈) - 1:99.6 1:0.8 1:3.9 -
최대 온도 (℃) 163 174 184 211 231
150℃ 도달 시간 (초) 304 258 191 60 87
고습 도금 신뢰성 (개) 95 94 64 75 55
고온 도금 신뢰성 (개) 95 97 75 71 64
상기 결과로부터, 본 발명의 발열 유닛은 발열 성능(최대 온도, 150℃ 도달 시간), 고습 및 고온 도금 신뢰성 등이 우수함을 알 수 있다.
반면, 니켈 도금층을 적용하지 않고, 도금층 단면의 두께가 본 발명의 범위를 초과하는 비교예 1의 경우, 발열 성능 등이 저하됨을 알 수 있고, 도금층 단면의 두께가 본 발명의 범위를 초과하고, 구리 도금층과 니켈 도금층의 단면 두께비가 본 발명의 범위를 초과하는 비교예 2의 경우, 발열 성능 등이 저하됨을 알 수 있다. 또한, 구리 도금층과 니켈 도금층의 단면 두께비가 본 발명의 범위 미만인 비교예 3의 경우, 발열 성능, 고습 및 고온 도금 신뢰성 등이 저하됨을 알 수 있고, 도금층 단면의 두께가 본 발명의 범위 미만인 비교예 4의 경우, 고습 및 고온 도금 신뢰성 등이 저하됨을 알 수 있으며, 구리 도금층을 적용하지 않은 비교예 5의 경우, 고습 및 고온 도금 신뢰성 등이 저하됨을 알 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 폴리아릴에테르케톤 수지 약 100 중량부 및 레이저 직접 구조화용 첨가제 약 1 내지 약 20 중량부를 포함하는 열가소성 수지 조성물로부터 형성되는 기판; 및
    상기 기판의 표면의 적어도 일부 영역에 레이저 직접 구조화 공정 및 도금 공정에 의해 형성된 도금층;을 포함하며,
    상기 도금층은 구리 도금층과 니켈 도금층이 적층된 것이고,
    상기 도금층은 단면의 두께가 약 100 내지 약 1,000 ㎛이며,
    상기 구리 도금층과 상기 니켈 도금층의 단면 두께비가 약 1 : 1 내지 약 1 : 80인 것을 특징으로 하는 발열 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리아릴에테르케톤 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 유닛.
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2024095593-appb-img-000003
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리아릴에테르케톤 수지는 ASTM D3835에 의거하여, 400℃ 온도 및 1000 sec-1 전단율 조건에서 모세관식 점도관 유량계로 측정한 용융점도(melt viscosity)가 약 50 내지 약 500 Pa·s인 것을 특징으로 하는 발열 유닛.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 직접 구조화용 첨가제는 중금속 복합 산화물 스피넬 및 구리염 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 유닛.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도금 공정은 구리 무전해 도금 단계, 구리 전해 도금 단계 및 니켈 전해 도금 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 유닛.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도금 공정은 니켈 무전해 도금 단계, 니켈 전해 도금 단계 및 구리 전해 도금 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 유닛.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도금층은 20 A 전류 및 10 V 전압 공급 시, 열화상 카메라로 측정한 최대 온도가 약 200 내지 약 300℃인 것을 특징으로 하는 발열 유닛.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도금층은 20 A 전류 및 10 V 전압 공급 후, 열화상 카메라로 측정한 150℃까지의 도달 시간이 약 1 내지 약 100초인 것을 특징으로 하는 발열 유닛.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 수지 조성물은 50 mm × 90 mm × 3.2 mm 크기 사출성형 시편을 25℃에서 6시간 에이징(aging)한 후, 레이저 직접 구조화 공정을 통해 스트라이프(stripe)형으로 시편의 표면을 활성화하고, 도금 공정을 통해 활성화된 표면에 상기 도금층을 형성한 후, 도금 완료된 시편을 85℃, 85% RH 조건의 챔버에 72시간 동안 방치하고, 1 mm × 1 mm 크기의 모눈격자 100개를 도금층에 각인한 후, 테이프(tape)로 탈착 시 박리되지 않은 모눈격자의 수가 약 90 내지 약 100개인 것을 특징으로 하는 발열 유닛.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 수지 조성물은 50 mm × 90 mm × 3.2 mm 크기 사출성형 시편을 25℃에서 6시간 에이징(aging)한 후, 레이저 직접 구조화 공정을 통해 스트라이프(stripe)형으로 시편의 표면을 활성화하고, 도금 공정을 통해 활성화된 표면에 상기 도금층을 형성한 후, 도금 완료된 시편을 250℃ 조건의 챔버에 200시간 동안 방치하고, 1 mm × 1 mm 크기의 모눈격자 100개를 도금층(구리층)에 각인한 후, 테이프(tape)로 탈착 시 박리되지 않은 모눈격자의 수가 약 90 내지 약 100개인 것을 특징으로 하는 발열 유닛.
  11. 폴리아릴에테르케톤 수지 약 100 중량부 및 레이저 직접 구조화용 첨가제 약 1 내지 약 20 중량부를 포함하는 열가소성 수지 조성물로부터 기판을 제조하고;
    상기 기판의 표면의 적어도 일부 영역에 레이저를 조사하고;
    레이저가 조사된 영역에 구리 또는 니켈을 무전해 도금하고;
    구리 또는 니켈이 무전해 도금된 도금층 위에, 구리 또는 니켈을 전해 도금하고; 그리고
    구리 또는 니켈이 전해 도금된 도금층 위에, 니켈 또는 구리를 전해 도금하여 도금층을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 도금층은 구리 도금층과 니켈 도금층이 적층된 것이고,
    상기 도금층은 단면의 두께가 약 100 내지 약 1,000 ㎛이며,
    상기 구리 도금층과 상기 니켈 도금층의 단면 두께비가 약 1 : 1 내지 약 1 : 80인 것을 특징으로 하는 발열 유닛 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 기판은 상기 열가소성 수지 조성물을 사출기를 사용하여, 약 380 내지 약 480℃의 성형 온도 및 약 50 내지 약 200℃의 금형 온도 조건에서 사출 성형하여 제조한 것을 특징으로 하는 발열 유닛 제조방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 레이저의 파장은 248 nm, 308 nm, 355 nm, 532 nm, 1,064 nm 또는 10,600 nm인 것을 특징으로 하는 발열 유닛 제조방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구리의 무전해 도금은 약 55℃의 무전해 구리 도금 용액에서 약 10 내지 약 40분 동안 수행되는 것이고, 상기 니켈의 무전해 도금은 약 50℃의 무전해 니켈 도금 용액에서 약 10 내지 약 40분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 발열 유닛 제조방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구리의 전해 도금은 전류밀도 약 10 A/dm2에서 약 1 내지 약 3,000분 동안 수행되는 것이고, 상기 니켈의 전해 도금은 전류밀도 약 5 A/dm2에서 약 1 내지 약 3,000분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 발열 유닛 제조방법.
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