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KR20190053332A - 이종 소재 접합체 및 이의 제조방법 - Google Patents

이종 소재 접합체 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20190053332A
KR20190053332A KR1020170149065A KR20170149065A KR20190053332A KR 20190053332 A KR20190053332 A KR 20190053332A KR 1020170149065 A KR1020170149065 A KR 1020170149065A KR 20170149065 A KR20170149065 A KR 20170149065A KR 20190053332 A KR20190053332 A KR 20190053332A
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KR
South Korea
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metal layer
resin layer
laser
less
layer
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Application number
KR1020170149065A
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English (en)
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정진미
정유진
신부건
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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Publication date
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Abstract

본 발명은 이종 소재 접합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

이종 소재 접합체 및 이의 제조방법{DIFFERENT MATERIAL JOINT BODY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 이종 소재 접합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 금속과 수지와 같은 이종 소재 간의 접합은, 각 소재 고유의 물리적, 화학적 특성과 표면 상태가 다르기 때문에, 용이하지 않은 경우가 대부분이다.
이와 같은 이종 소재 사이의 접합을 위하여 시도될 수 있는 기술은 접착제를 이용한 결합, 기계적 조임, 용접(welding), 인서트 사출 등으로 분류할 수 있다. 이 중에서도, 접착제를 이용하는 방법은 사용 방법이 간단하다는 장점이 있으므로, 전자 제품에서 이종 소재 간 접합 시 사용되는 대표적이면서도 고전적인 방식으로 가장 많이 사용되고 있다.
접착제를 이용하거나, 기계적 조임을 사용하는 공정은 비교적 쉬운 방식으로 이종 소재 접합을 가능하게 하나, 접합부가 외관에 그대로 드러나는 문제점이 발생하였다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여, 금속 소재의 표면 상에 특정한 형상의 패턴을 형성하여 이종 소재를 접합하여 접합력을 향상시키는 방법이 도입된 바 있으나, 접합력 향상 효과가 미미한 문제점이 있었다.
이에, 비교적 간단한 공정을 사용하면서도, 접합부가 외관에 그대로 드러나지 않고, 이종 소재 간의 접합력을 향상시키기 위한 방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.
한국 등록특허공보 제10-1499665호
본 발명은 이종 소재 접합체 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시상태는, 일면 상에, 2 이상의 에칭 홈, 상기 에칭 홈에 인접하여 구비된 돌출부 및 평탄면을 포함하는 금속층; 상기 금속층의 평탄면 상에 구비되고, 840 nm 내지 1064 nm 중 어느 하나의 파장에서의 광반사율이 10 % 이하인 제1 수지층; 및 상기 금속층 및 상기 제1 수지층 상에 구비되는 제2 수지층을 포함하고, 상기 제2 수지층은 상기 에칭 홈의 내부, 상기 금속층 표면과 돌출부 사이에 채워져 상기 금속층에 고정되는 이종 소재 접합체를 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태는 상기 이종 소재 접합체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 일면 상에 제1 수지층이 구비된 금속층을 준비하는 단계; 상기 제1 수지층이 구비된 금속층의 표면에 제1 레이저를 조사하여, 상기 금속층의 일면 상에, 에칭 홈 및 돌출부를 형성하는 금속층 에칭 단계; 및 상기 에칭된 금속층의 일면 상에 제2 수지층을 구비한 후, 제2 레이저를 조사하여 상기 금속층과 상기 제2 수지층을 접합하는 단계;를 포함하는 상기 이종 소재 접합체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 이종 소재 접합체는 서로 다른 물성을 가지는 이종 소재 간의 접합력이 우수한 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 이종 소재 접합체의 제조방법은 레이저를 이용한 이종 소재의 접합 과정에서 발생하는 레이저 에너지 손실을 최소화한 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 이종 소재 접합체의 제조방법은 간단한 방법으로 이종 소재 간의 접합력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시상태에 따라 제1 수지층이 구비된 금속층의 측단면 및 표면의 모식도를 나타낸 것이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시상태에 따른 금속층 에칭 단계의 모식도를 나타낸 것이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시상태에 따른 이종 소재 접합체의 제조방법의 모식도를 나타낸 것이다.
도 4 는 실시예 1 의 제1 수지층이 구비된 금속층의 단면을 주사 전자 현미경으로 촬영한 이미지이다.
도 5 는 비교예 1 의 제1 수지층이 구비된 금속층의 단면을 주사 전자 현미경으로 촬영한 이미지이다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 구성요소가 어떤 부분에 "구비"된다고 할 때, 이는 특별하거나 제한된 방법을 통하여 형성된 것이 아니라, 어떤 부분 상에 위치하거나 마련되는 것을 의미할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 해당 부재의 두께는 해당 부재의 측면의 주사 전자 현미경(SEM; Scanning Electron Microscope S-4800, HITACHI 社) 이미지에서 대응되는 축척과 비교하여 측정되거나, 두께 게이지(gauge)를 이용하여 측정되는 것일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 광반사율은 Shimadzu 社의 Spolid 3700 장비를 이용하여 측정된 특정 파장에서의 광반사율일 수 있다.
본 발명자들은, 종래의 이종 소재, 구체적으로 금속과 수지를 레이저를 이용하여 접합하는 과정에서, 수지를 투과한 레이저의 에너지가 금속 표면에서 반사되어 손실되어 접합 공정의 에너지 효율이 낮은 문제점이 있음을 확인하고, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 부단히 연구한 결과, 본 발명에 이르게 되었다.
구체적으로, 본 발명자들은 레이저를 이용한 금속과 수지의 접합시 광반사율이 높은 금속층에 의하여 레이저 에너지가 효과적으로 전달되지 못하는 점을 극복하기 위하여, 접합 대상인 금속층과 수지층 사이에 광흡수율이 높은 추가의 수지층을 구비하였다. 이에 따라, 접합 대상인 금속층과 수지층을 접합하기 위한 레이저 조사시, 광흡수율이 높은 추가의 수지층이 레이저 에너지를 효과적으로 흡수하여 수지층을 효과적으로 용융시킬 수 있으며, 이에 따라 금속과 수지와의 접합력을 크게 향상할 수 있음을 확인하고, 하기와 같은 본 발명을 개발하였다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는, 일면 상에, 2 이상의 에칭 홈, 상기 에칭 홈에 인접하여 구비된 돌출부 및 평탄면을 포함하는 금속층; 상기 금속층의 평탄면 상에 구비되고, 840 nm 내지 1064 nm 중 어느 하나의 파장에서의 광반사율이 10 % 이하인 제1 수지층; 및 상기 금속층 및 상기 제1 수지층 상에 구비되는 제2 수지층을 포함하고, 상기 제2 수지층은 상기 에칭 홈의 내부, 상기 금속층 표면과 돌출부 사이에 채워져 상기 금속층에 고정되는 이종 소재 접합체를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속층은 일면 상에, 2 이상의 에칭 홈, 상기 에칭 홈에 인접하여 구비된 돌출부 및 평탄면을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속층은 알루미늄(Al), 티타늄 (Ti), 아연(Zn) 등의 순수 금속; 및 스테인리스스틸(Stainless Steel; STS) 등의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 레이저 조사에 의하여 가공이 용이하며, 열 전도도가 높은 것이면 당업계에서 알려진 것 중에서 자유롭게 선택될 수 있다.
본 명세서에서, 용어 "열 전도도(Thermal Conductivity)"는 어떤 물질이 전도에 의하여 열을 전달할 수 있는 능력을 나타내는 물성치를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속층의 형태는, 레이저 에칭이 가능하고, 수지와의 접합이 원활하게 이루어질 수 있는 형태라면 특별한 제한 없이 적용될 수 있으며, 예를 들어, 평면, 곡면을 포함하는 원통형 및 다면체 등일 수 있다.
본 명세서에서, 에칭 홈은 하기 기술하는 바와 같은 레이저 조사에 따른 에칭을 통하여 금속층에 형성되고, 금속층에서 식각되는 홈 영역을 의미할 수 있다. 상기 에칭 홈은 연속 또는 불연속된 형태로 존재할 수 있으며, 일 예로 연속된 라인의 형태로 구비될 수 있다.
본 명세서에서, 평탄면은 금속층의 일면 상에 에칭 홈 및 돌출부가 형성된 영역 외의 영역을 의미할 수 있고, 구체적으로 에칭에 따라 금속층 표면의 변형이 일어나지 않은 영역을 의미할 수 있다.
또한, 상기 금속층은 상기 에칭 홈에 인접하여 구비되는 돌출부를 포함할 수 있고, 상기 돌출부는 상기 금속층의 일면 상에 구비될 수 있다. 나아가, 상기 돌출부는 상기 에칭 홈의 진행 방향에 따라 연속적으로 이어지거나, 일부 불연속적으로 이어질 수 있다. 구체적으로, 상기 돌출부는 에칭 홈 형성 시 발생하는 금속층의 잔여물들이 에칭 홈에 인접하며 외부로 돌출되어 응집된 버(burr)를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 돌출부는 상기 에칭 홈으로부터 멀어지는 방향으로 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 돌출부는 상기 에칭 홈에 인접한 금속층 표면에 구비될 수 있으며, 상기 에칭 홈으로부터 멀어지는 방향으로 돌출된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 에칭 홈이 상기 금속층 상에 2 이상의 연속된 라인으로 형성되는 경우, 상기 돌출부는 상기 연속된 라인으로 형성된 에칭홈에서 멀어지는 방향으로 금속층 상에 구비될 수 있다. 연속된 라인으로 형성된 에칭 홈이 서로 평행한 방향으로 구비되는 경우, 상기 돌출부는 에칭 홈 사이에 구비되는 평탄면을 감싸는 형태로 서로 마주보는 형상이 될 수 있다. 이와 같은 경우, 레이저를 이용한 상기 제2 수지층과 상기 금속층의 접합시, 상기 제1 수지층을 상기 금속층에 보다 강하게 고정시킬 수 있는 장점을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 돌출부의 일측 말단은 상기 에칭 홈으로부터 멀어지는 방향, 구체적으로 상기 에칭 홈의 중심축으로부터 멀어지는 방향으로 구비될 수 있다. 그리고, 동시에 상기 돌출부의 타측 말단은 상기 돌출부의 일측 말단과 반대 방향인 에칭 홈의 중심축 방향으로 구비될 수 있다. 이에 따라, 상기 에칭 홈의 중심축 방향으로 구비된 상기 돌출부의 타측 말단은 상기 에칭 홈의 입구를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 돌출부는 상기 금속층 표면에 대하여 예각을 이루며 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 에칭 홈으로부터 멀어지는 방향으로 구비된 상기 돌출부와 상기 금속층의 표면이 이루는 각도가 예각일 수 있다.
즉, 상기 돌출부는 상기 에칭 홈으로부터 멀어지는 방향으로 구비될 수 있고, 상기 돌출부는 상기 금속층 표면과 예각을 이루며 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 돌출부와 상기 금속층 표면의 연장선이 이루는 각도가 예각일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 돌출부와 상기 금속층 표면이 이루는 각도는 30 ° 이상 80 ° 이하, 30 ° 이상 70 ° 이하, 35 ° 이상 80 ° 이하, 35 ° 이상 70 ° 이하, 35 ° 이상 60 ° 이하, 40 ° 이상 70 ° 이하, 또는 40 ° 이상 60 ° 이하일 수 있다.
상기 범위 내에서, 하기 설명하는 제2 레이저 조사에 따라 용융되는 제2 수지층이 상기 에칭 홈 내부 및 상기 돌출부 사이에 충분히 채워질 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 수지층이 상기 금속층에 충분한 접합력으로 고정될 수 있으므로, 상기 금속층의 제2 수지층과의 접합력을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 돌출부의 일측 말단에서 타측 말단까지의 길이는 25 ㎛ 이상 80 ㎛ 이하, 25 ㎛ 이상 70 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이상 80 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이상 70 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하, 35 ㎛ 이상 70 ㎛ 이하, 또는 35 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 돌출부의 높이는 30 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이상 90 ㎛ 이하, 40 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하, 40 ㎛ 이상 90 ㎛ 이하, 40 ㎛ 이상 80 ㎛ 이하, 50 ㎛ 이상 90 ㎛ 이하, 또는 50 ㎛ 이상 80 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 돌출부와 상기 금속층 표면이 이루는 각도, 돌출부의 길이 및 돌출부의 높이가 상기 범위 내인 경우, 상기 제2 수지층이 상기 금속층의 홈부 및 돌출부에 충분히 고정되어, 상기 금속층과 상기 제2 수지층과의 접합력이 크게 향상될 수 있다.
본 명세서에서, 돌출부의 높이는 상기 돌출부의 금속층 표면과 인접하지 않은 일측 말단 지점에서 금속층 표면으로 연장된 수직선의 길이를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 하나의 에칭 홈의 진행 방향과 다른 하나의 에칭 홈의 진행 방향은 평행하거나 교차할 수 있다. 또한, 상기 하나의 에칭 홈의 진행 방향과 다른 하나의 에칭 홈의 진행 방향이 교차하는 경우, 직각 또는 비직각으로 교차할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 하나의 에칭 홈의 진행 방향과 다른 하나의 에칭 홈의 진행 방향이 교차하는 경우, 상기 금속층의 평탄면 상에 상기 에칭 홈으로 둘러싸인 영역, 구체적으로 돌출부로 둘러싸인 영역이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 에칭 홈은 상기 금속층 상에 2 이상의 연속된 라인으로 형성될 수 있으며, 상기 2 이상의 연속된 라인은 상기 금속층 상에 패턴을 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 에칭 홈은 상기 금속층 상에 2 이상의 패턴 라인으로 구비될 수 있으며, 상기 금속층 상의 평탄면은 상기 패턴 라인으로 구획되는 패턴 단위체를 이룰 수 있다. 상기 패턴은 규칙 또는 불규칙 패턴일 수 있으며, 구체적으로, 삼각형, 사각형 또는 허니컴의 패턴 단위체를 포함하는 메쉬 패턴일 수 있다, 이 경우, 상기 돌출부는 상기 패턴 단위체를 둘러싸는 울타리 형태로 구비될 수 있다.
본 명세서에서, 용어 "에칭 홈의 진행 방향"은 상기 에칭 홈이 상기 금속층의 표면 상에서 연속적으로 구비되는 방향을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 에칭 홈 입구 폭에 대한 상기 에칭 홈 깊이의 비는 1 : 3 내지 1 : 14, 구체적으로 1 : 3 내지 1 : 13 일 수 있다.
본 명세서에서, 상기 에칭 홈의 입구 폭은 상기 에칭 홈의 상기 금속층 표면에 대응되는 부분에서, 일측 말단부터 타측 말단까지의 길이를 의미할 수 있다.
본 명세서에서, 상기 에칭 홈의 깊이는 상기 에칭 홈의 최저 지점에서 상기 에칭 홈 입구로 연장된 수직선의 길이를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 에칭 홈 입구 폭은 10 ㎛ 이상 25 ㎛ 이하, 또는 10 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하일 수 있다. 또한, 상기 에칭 홈의 깊이는 50 ㎛ 이상 250 ㎛ 이하, 50 ㎛ 이상 240 ㎛ 이하, 60 ㎛ 이상 250 ㎛ 이하 또는 60 ㎛ 이상 240 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 범위 내에서, 상기 제2 수지층이 상기 금속층의 에칭 홈부 및 돌출부에 충분히 고정되어, 상기 금속층과 상기 제2 수지층과의 접합력이 크게 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 에칭 홈 입구 폭에 대한 상기 에칭 홈 중간 폭의 비는 1 : 1.3 내지 1 : 3 일 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 에칭 홈의 중간 폭은 15 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하, 또는 20 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 범위 내에서, 하기 설명하는 제2 레이저 조사에 따라 용융된 제2 수지층의 상기 에칭 홈 내부의 금속과 접촉할 수 있는 면적이 최대화될 수 있고, 이에 따라 상기 금속층과 상기 제2 수지층 사이의 접합력이 향상될 수 있다.
본 명세서에서, 상기 에칭 홈 중간 폭은 상기 에칭 홈의 깊이가 절반이 되는 지점에서, 상기 금속층의 표면과 평행한 방향으로 진행되는 가상의 선분의 길이를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 에칭 홈의 중심축 사이의 거리는 50㎛ 이상 1,000㎛ 이하, 50㎛ 이상 800㎛ 이하, 80㎛ 이상 1,000㎛ 이하, 80㎛ 이상 800㎛ 이하, 80㎛ 이상 500㎛ 이하, 100㎛ 이상 500㎛ 이하, 80㎛ 이상 250㎛ 이하, 또는 100㎛ 이상 250㎛ 이하일 수 있다.
상기 범위 내인 경우, 마주보며 구비되는 2 이상의 돌출부가 서로 접하게 되어 하기 설명하는 제2 레이저 조사에 따라 용융된 제2 수지층이 상기 금속층의 평탄면 상에 공급되지 못하는 문제점을 방지할 수 있다. 또한, 상기 범위 내에서, 상기 금속층과 상기 제1 및 제2 수지층과의 접합 면적을 최대화하여 이들 간의 접합력을 크게 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서, 상기 에칭 홈의 중심축 사이의 거리는, 상기 에칭 홈이 상기 금속층 상에 연속된 라인, 즉, 패턴 라인을 형성하는 경우, 평행하게 인접하는 패턴 라인 간의 거리를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 이종 소재 접합체는 상기 금속층의 평탄면 상에 구비된 제1 수지층을 포함할 수 있다.
상기 금속층의 평탄면 상에 상기 제1 수지층이 구비됨으로써, 상기 금속층을 하기 설명하는 바와 같은 레이저 조사에 따라 제2 수지층과 접합하는 과정에서 상기 금속층의 레이저 에너지 반사를 방지할 수 있고, 이에 따른 공급된 레이저 에너지의 손실을 방지할 수 있다.
구체적으로, 상기 에칭 홈 및 돌출부가 형성되고, 제1 수지층이 구비되기 전의 금속층은 915 nm 파장에서의 광반사율이 20 % 이상일 수 있다. 이는 하기 설명하는 제2 레이저를 조사하여 상기 금속층과 제2 수지층을 접합하는 과정에서, 조사된 제2 레이저의 20 % 이상이 상기 금속층에 전달되지 못하고 반사되는 것을 의미할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 수지층의 840 nm 내지 1064 nm 중 어느 하나의 파장에서의 광반사율은 10 % 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 수지층의 915 nm 파장에서의 광반사율은 10% 이하일 수 있다.
상기 840 nm 내지 1064 nm의 파장의 빛은 상기 이종 소재 접합체를 형성하기 위한 레이저의 파장 범위일 수 있다. 상기 레이저 파장은 적용되는 소재 등에 따라 적절하게 선택될 수 있으며, 상기 광반사율 및 광흡수율은 각각 레이저광에 대한 반사율 및 흡수율일 수 있다.
상기 이종 소재 접합체는 상기 금속층 대비 상대적으로 낮은 광반사율을 가지는 제1 수지층을 포함함으로써, 레이저를 이용한 상기 금속층과 상기 제2 수지층과의 접합시, 레이저 에너지를 효과적으로 흡수하여 상기 금속층과 제2 수지층의 접합이 원활하게 수행되도록 할 수 있다. 구체적으로, 상기 이종 소재 접합체가 상기 금속층의 평탄면 상에 상기 제1 수지층을 포함하는 경우, 상기 금속층과 상기 제2 수지층을 접합하기 위하여 조사되는 제2 레이저가 금속층에서 반사되지 않고, 상기 제1 수지층에서 흡수될 수 있다. 나아가, 제1 수지층에 흡수된 레이저 에너지는 상기 금속층에 전달되어, 효과적으로 열에너지를 발생시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 제1 수지층 및 상기 제2 수지층은 충분히 용융되어 상기 금속층에 고정될 수 있다. 즉, 상기 제1 수지층의 낮은 광반사율에 의하여, 상기 제1 수지층 및 상기 제2 수지층은 충분히 용융되어 상기 금속층의 에칭 홈, 및/또는 돌출부에 충분히 고정될 수 있다.
본 명세서에서, 용어 광반사율은 조사되는 광량 대비 반사되는 광량을 백분율로 나타낸 것을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 수지층은 상기 금속층의 평탄면 상에 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 수지층은 상기 금속층 상의 에칭 홈 및 돌출부를 제외한 영역에 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 에칭 홈이 상기 금속층 상에 2 이상의 패턴 라인으로 구비되어, 상기 평탄면이 상기 패턴 라인으로 구획되는 패턴 단위체를 이루는 경우, 상기 제1 수지층은 상기 패턴 단위체를 이루는 평탄면 상에 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 수지층은 돌출부로 둘러싸인 형상으로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 수지층의 두께는 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하, 10 ㎛ 이상 40 ㎛ 이하, 20 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하, 또는 20 ㎛ 이상 40 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 범위 내에서, 상기 제1 수지층은 상기 이종 소재 접합체의 제조 과정에서 조사되는 레이저의 에너지가 상기 금속층에 충분히 전달되도록 할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 수지층과 금속층 접합을 위하여 제2 레이저 조사시 상기 제1 수지층 및/또는 상기 제2 수지층이 충분히 용융될 수 있고, 상기 금속층의 에칭 홈, 돌출부 및 평탄면 사이에 충분히 채워질 수 있다. 이에 따라, 상기 금속층과 상기 제2 수지층의 접합력이 크게 향상될 수 있다.
구체적으로, 상기 범위에 미달되는 경우 상기 금속층이 제2 수지층과 접합을 위한 레이저를 반사시키는 문제점을 해결하지 못할 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 상기 금속층 상의 돌출부와 상기 금속층 표면 사이에 제2 레이저 조사에 따라 용융된 제2 수지층이 원활하게 공급되지 못하여 상기 금속층이 제2 수지층과 원활하게 접합되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 수지층은 상기 금속층의 평탄면 상에 스프레터 코팅, 스핀 코팅 등과 같은 일반적인 코팅 방식을 이용하여 구비될 수 있다. 바람직하게는 상기 금속층과 제1 수지층의 접합력 향상을 위하여, 상기 제1 수지층은 상기 평탄면 상에 전착(electrodeposition) 방식을 통하여 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 수지층은 양이온성 수지 및 착색제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 수지층이 양이온성 수지 및 착색제를 포함함으로써, 전술한 범위의 반사율을 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 수지층은 양이온성 수지를 포함함으로써, 상기 전착 방식을 통하여 상기 금속층 상에 충분한 접합력으로 구비될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 수지층에 조사된 제2 레이저의 에너지를 금속층에 효율적으로 전달시킬 수 있으며, 이렇게 전달된 레이저의 에너지를 전달받은 금속층에서 발생하는 열 에너지에 의하여, 하기 설명하는 제2 수지층이 충분히 용융되고, 상기 제2 수지층이 충분히 상기 금속층에 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 양이온성 수지는 극성 관능기 함유 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 극성 관능기 함유 수지는 하나 이상의 극성 관능기가 결합된 수지를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 극성 관능기는 히드록시기(-OH) 및 카르복시기(-COOH) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 양이온성 수지는 극성 관능기 함유 에폭시 수지, 극성 관능기 함유 멜라민 수지 및 극성 관능기 함유 우레탄 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 전착 방식을 통하여 상기 금속층 상에 구비될 수 있는 것 중에서 자유롭게 선택될 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 수지층은 상기 착색제를 포함함으로써, 하기 설명하는 바와 같이 제2 수지층과 접합을 위하여 금속층 측에 조사되는 제2 레이저의 에너지를 반사하지 않고, 충분히 흡수할 수 있다.
한편, 착색제를 포함하지 않는 경우, 하기 설명하는 바와 같은 제2 레이저가 그대로 투과되고, 투과된 상기 레이저의 에너지는 반사되어 상기 금속층에 충분히 전달되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 착색제는 안료(pigment)를 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서에서, 안료는 물 및/또는 유기 용매에 녹지 않는 고체 상의 분말 형태의 착색제를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 안료는 무기 안료 및 유기 안료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 무기 안료는 착색 안료, 체질 안료, 방청 안료 등을 포함할 수 있다. 다만, 하기 설명하는 바와 같은 제2 레이저에 의하여 분해되지 않고, 상기 제2 레이저의 에너지를 흡수하여 금속층으로 전달할 수 있는 무기물 중에서 자유롭게 선택되는 것일 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 착색 안료는 카본 블랙, 벵갈라 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 체질 안료는 카올린, 활석, 규산 알루미늄, 탄산칼슘, 운모 및 점토 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 방청 안료는 인산아연, 인산철, 인산알루미늄, 인산칼슘, 아인산아연, 사이안화아연, 산화아연, 트라이폴리인산알루미늄, 몰리브덴산아연, 몰리브덴산알루미늄, 몰리브덴산칼슘 및 인몰리브덴산알루미늄, 인몰리므덴산알루미늄아연 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 안료는 아조계 안료, 프탈로시아닌계 안료, 레이크계 안료, 티오인디고계 안료, 페리논계 안료, 퀴나크리돈계 안료 및 퀴나프탈론계 안료 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따라 에칭 홈, 돌출부, 평탄면 및 제1 수지층이 구비된 금속층의 측단면(A) 및 표면(B)의 모식도를 도 1 에 나타내었다.
도 1 의 (A) 에 따르면, 상기 금속층 표면에 에칭 홈(10)이 구비될 수 있고, 돌출부(20a, 20b)가 상기 에칭 홈(10)에 인접하며, 상기 에칭 홈으로부터 멀어지는 방향으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 돌출부(20a, 20b)는 상기 금속층의 일부가 상기 금속층의 표면으로부터 융기된(uplifted) 형태로 구비된 것을 의미할 수 있고, 상기 돌출부는 상기 에칭 홈으로부터 멀어지는 방향으로 돌출되는 형태로 구비될 수 있다. 나아가, 서로 마주보는 돌출부(20b 및 20c) 사이에, 그리고 상기 금속층의 평탄면(30) 상에 제1 수지층(31)이 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 하나의 에칭 홈(10)에 인접하여 상기 금속층 표면에 구비된 돌출부(20b)와 상기 다른 하나의 에칭 홈에 인접하여 상기 금속층 표면에 구비된 돌출부(20c)가 서로 마주보는 형태로 구비될 수 있고, 상기 서로 마주보는 형태로 구비된 돌출부 사이 및 상기 금속층의 평탄면(30) 상에 상기 제1 수지층(31)이 구비될 수 있다.
나아가, 도 1 의 (B) 에 따르면, 상기 하나의 에칭 홈(10)의 진행 방향(X)과 다른 하나의 에칭 홈(10)의 진행 방향(Y)이 직각으로 교차하여 상기 금속층 표면 상에 메쉬 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 상기 돌출부(20)는 상기 에칭 홈으로부터 멀어지는 방향으로 구비되고, 상기 에칭 홈(10)의 진행 방향(X 및 Y)에 따라 연속적으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 돌출부(20)로 둘러싸이는 영역이 정사각 또는 직사각 형태로 형성될 수 있고, 상기 금속층의 평탄면(30) 상에 제1 수지층(31)이 구비될 수 있다. 이와 같이, 상기 에칭 홈에 의하여 금속층 표면에 메쉬 패턴이 형성되고, 에칭 홈에 의하여 구획되는 평탄면 상에 제1 수지층이 구비되는 경우, 하기 설명하는 바와 같이 제2 레이저를 조사하여 금속층과 제2 수지층을 접합하는 과정에서, 조사되는 제2 레이저 에너지가 상기 금속층 표면에서 반사되는 것을 최소화하여 상기 금속층과 제2 수지층의 접합이 원활하게 진행될 수 있다.
이와 같은 격자 구조 라인 패턴이 형성된 금속층을 포함하는 이종 소재 접합체는 상기 금속층과 상기 제2 수지층 사이의 접합력은 물론, 공기가 통하지 않는 기밀성(氣密性) 및 물(water)이 통하지 않는 수밀성(水密性)의 구현이 가능할 수 있다.
본 명세서에서, 용어 "기밀성"은 기공의 형성 없이 상기 금속층과 상기 제2 수지층이 접합된 것을 의미할 수 있다.
구체적으로, 상기 기밀성은 일정 시간 및 공압(pneumatic) 하에서 압력 손실을 측정함으로써 확인될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속층과 제2 수지층이 접합된 이종 소재 접합체를 준비한 후 30.52 PSIG (2bar) 의 공압으로 30 초 동안 측정한 이종 소재 접합체의 내부 압력이 0.057 PSIG 이하인 경우, 상기 이종 소재 접합체가 기밀성이 확보된 것으로 평가될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 이종 소재 접합체는 보조 금속층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 이종 소재 접합체가 보조 금속층을 더 포함하는 경우, 상기 보조 금속층은 상기 금속층과 상기 제1 수지층 사이에 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 이종 소재 접합체는 금속층, 상기 금속층의 일면 상에 구비된 보조 금속층, 상기 보조 금속층의 일면 상에 구비된 제1 수지층, 및 상기 금속층 및 상기 제1 수지층 상에 구비된 제2 수지층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 이종 소재 접합체는 상기 보조 금속층을 더 포함함으로써, 상기 금속층 및 상기 제1 수지층 사이의 접합력을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 금속층과 제1 수지층이 분리되는 것을 방지하기 위하여, 상기 금속층 및 제1 수지층 각각과 우수한 접합력을 가지는 보조 금속층을 구비하여 상기 이종 금속 접합체의 금속층과 제1/제2 수지층 간의 접합력을 향상시킬 수 있다.
상기 보조 금속층은 상기 금속층과 동일하거나 상이한 종류 금속 및/또는 합금을 포함할 수 있으며, 레이저 조사에 의하여 패턴 형성이 용이하며, 열 전도율이 우수한 것이면 그 종류가 특별히 제한되지는 않는다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 보조 금속층의 두께는 5 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하, 5 ㎛ 이상 15 ㎛ 이하, 7 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하, 또는 7 ㎛ 이상 15 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 보조 금속층의 두께가 상기 범위 내인 경우, 상기 금속층의 제1 수지층에 대한 접합력을 향상시킬 수 있고, 하기 설명하는 제2 레이저 조사 시 제2 레이저의 에너지가 효율적으로 상기 금속층에 전달되도록 할 수 있다. 나아가, 상기 보조 금속층의 두께가 상기 범위 내인 경우, 제2 수지층이 상기 금속층의 평탄면과 돌출부 사이에 삽입될 수 있는 공간을 적절히 확보할 수 있다,
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 이종 소재 접합체는 상기 금속층 및 상기 제1 수지층 상에 구비되는 제2 수지층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 수지층은 상기 에칭 홈의 내부, 상기 금속층 표면과 돌출부 사이에 채워져 상기 금속층에 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 수지층은 폴리프로필렌(Polypropylene; PP) 수지, 폴리아미드(Polyamide; PA) 수지, 폴리페닐렌옥사이드(Polyphenylene Oxide; PPO) 수지, 보강재 함유 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있으나, 그 종류가 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 보강재는 유리섬유(glass fiber), 탈크(talc) 및 탄소섬유(carbon fiber)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 그 종류가 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 수지층은 하기 설명하는 제2 레이저 조사에 의하여 용융되어 상기 에칭홈의 내부, 상기 금속층 표면 및 상기 돌출부 사이에 채워질 수 있다. 이에 따라 상기 제2 수지층은 상기 에칭 홈 및 돌출부가 구비된 금속층에 고정될 수 있다.
상기 이종 소재 접합체는 상기 금속층, 제1 수지층 및 제2 수지층이 순차적으로 구비된 부분을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 이종 소재 접합체가 보조 금속층을 더 포함하는 경우 상기 이종 소재 접합체는 상기 금속층, 보조 금속층, 제1 수지층 및 제2 수지층이 순차적으로 구비된 부분을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 수지층의 840 nm 내지 1064 nm 중 어느 하나의 파장에서의 광투과율은 30 % 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 수지층의 915 nm 파장에서의 광투과율은 30 % 이상일 수 있다.
즉, 상기 제2 수지층과 상기 금속층을 접합하기 위하여, 840 nm 내지 1064 nm 중 어느 하나의 파장, 일 예로 915 nm 파장의 레이저가 조사되는 경우, 상기 조사된 레이저의 에너지의 30 % 이상이 상기 제2 수지층을 투과할 수 있다.
이에 따라, 상기 금속층과 상기 제2 수지층을 접합하기 위하여 조사되는 레이저의 에너지가 효율적으로 상기 제1 수지층 및/또는 상기 금속층으로 전달될 수 있다. 나아가, 상기 금속층에 전달된 레이저의 에너지는 열에너지로 전환될 수 있으며, 상기 금속층에서 전환된 열에너지에 의하여 상기 제1 수지층 및/또는 상기 제2 수지층이 용융될 수 있다.
또한, 상기 용융된 제2 수지층은 상기 금속층의 에칭 홈 내부, 돌출부, 평탄면 및 제1 수지층 상에 채워질 수 있고, 이에 따라 상기 금속층과 상기 제1 수지층 및/또는 제2 수지층의 원활한 접합이 가능하게 될 수 있다.
반면, 상기 제2 수지층의 840 nm 내지 1064 nm 중 어느 하나의 파장, 일 예로 915 nm 파장에서의 광투과율이 30 % 미만인 경우, 제2 수지층과 금속층의 접합을 위하여 조사된 레이저가 제2 수지층에 과도하게 흡수되어 제2 수지층의 표면이 변형되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 상기 범위에 미달되는 경우, 상기 금속층 및 제2 수지층 사이의 접합력이 크게 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시상태는 이종 소재 접합체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는, 일면 상에 제1 수지층이 구비된 금속층을 준비하는 단계; 상기 제1 수지층이 구비된 금속층의 표면에 제1 레이저를 조사하여, 상기 금속층의 일면 상에, 에칭 홈 및 돌출부를 형성하는 금속층 에칭 단계; 및 상기 에칭된 금속층의 일면 상에 제2 수지층을 구비한 후, 제2 레이저를 조사하여 상기 금속층과 상기 제2 수지층을 접합하는 단계;를 포함하는 상기 이종 소재 접합체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 이종 소재 접합체의 제조방법은 일면 상에 제1 수지층이 구비된 금속층을 준비하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 수지층 및 상기 금속층 사이에 보조 금속층이 구비될 수 있다.
상기 제1 수지층은 전술한 바와 같이 전착 방법을 이용하여 상기 금속층 상에 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 보조 금속층이 구비되는 방법은 특별히 제한되지 않는다.
또한, 상기 금속층, 제1 수지층, 보조 금속층 등에 대한 설명은 전술한 바와 같다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 이종 소재 접합체의 제조방법은 상기 금속층의 표면에 제1 레이저를 조사하여, 상기 금속층의 일면 상에 에칭 홈 및 돌출부를 형성하는 금속층 에칭 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저는 상기 제1 수지층에서 상기 금속층 방향으로 조사될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저는 상기 제1 수지층의 표면에 조사될 수 있고, 구체적으로 상기 제1 레이저는 상기 금속층의 표면에 초점을 맞추어 조사될 수 있다.
상기 에칭 홈은 전술한 바와 같이, 연속된 라인을 형성할 수 있으며, 이는 상기 제1 레이저의 연속적인 조사에 의하여 형성될 수 있다. 나아가, 상기 금속층 표면의 평탄면은 상기 제1 레이저가 조사되지 않은 영역을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저가 조사되는 영역 상의 제1 수지층 및/또는 보조 금속층은 상기 제1 레이저 조사에 따라 제거될 수 있다.
즉, 상기 제1 레이저가 조사되는 영역에는 금속층 상에 에칭 홈 및 돌출부가 형성될 수 있고, 상기 제1 레이저가 조사되지 않은 영역은 금속층의 평탄면 및 상기 제1 수지층이 순차적으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1 레이저가 조사되지 않은 영역에 포함되는 상기 제1 수지층의 두께는 하기 설명하는 바와 같은 조건의 제1 레이저 조사에 의해서는 변하지 않을 수 있다. 즉, 하기 설명하는 바와 같은 조건의 제1 레이저가 조사되지 않은 영역은 상기 제1 레이저의 조사에 의하여 영향을 받지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저가 상기 금속층에 조사됨으로써, 상기 제1 레이저의 진행 방향에 따라 상기 금속층 상에 에칭 홈이 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 레이저의 진행 방향과 상기 에칭 홈의 진행 방향은 서로 일치할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저 조사에 따라 상기 금속층 표면에 패턴 라인을 형성하는 에칭 홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 금속층을 제1 레이저 조사를 통하여 에칭하는 경우, 전술한 바와 같이, 돌출부가 상기 에칭 홈으로부터 멀어지는 방향으로 상기 금속층 표면에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저 조사에 의하여, 상기 금속층 표면에 에칭 홈이 형성되는 동시에, 돌출부가 상기 에칭 홈에 인접하여, 상기 에칭 홈으로부터 멀어지는 방향으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저 조사에 의하여, 상기 금속층 표면에 에칭 홈이 형성되는 동시에, 돌출부가 상기 에칭 홈에 인접하여, 상기 에칭 홈으로부터 멀어지는 방향으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 에칭 홈 및 돌출부에 대한 설명은 전술한 바와 같다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저의 조사에 따라 상기 에칭 홈으로부터 멀어지는 방향으로 돌출부가 형성되는 경우, 상기 돌출부의 반대 방향 말단은 상기 에칭 홈 중심축을 향하여 용융될 수 있고, 이에 따라 상대적으로 좁은 입구 폭을 가지는 에칭 홈을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 금속층 에칭 단계의 모식도를 도 2 에 나타내었다.
도 2 에 따르면, 금속층, 보조 금속층 및 제1 수지층이 순차적으로 구비된 적층체 측에 제1 레이저를 조사하는 경우, 전술한 바와 같은 형태로 상기 금속층 상에 에칭 홈 및 돌출부가 형성되고, 상기 제1 레이저가 조사되지 않은 영역에는 평탄면이 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 레이저가 조사된 영역에는 에칭 홈 및 돌출부가 형성될 수 있고, 상기 제1 레이저가 조사되지 않은 영역 상의 서로 마주보는 돌출부 사이의 상기 금속층의 평탄면 상에 제1 수지층이 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저는 10 W 이상 100 W 이하, 10 W 이상 70 W 이하, 30 W 이상 100 W 이하, 또는 30 W 이상 70 W 이하의 출력의 파이버 펄스 레이저일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저는 파이버 펄스 레이저일 수 있고, 상기 제1 레이저는 10 W 이상 100 W 이하, 10 W 이상 70 W 이하, 30 W 이상 100 W 이하, 또는 30 W 이상 70 W 이하의 출력으로 조사될 수 있다.
또한, 상기 제1 레이저의 출력 범위 내에서, 상기 언급한 바와 같은 에칭 홈, 돌출부를 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 범위에 미달되는 경우 전술한 형태의 에칭 홈 및 돌출부를 형성할 수 없는 문제점이 발생할 수 있다.
나아가, 상기 범위를 초과하는 경우 조사된 레이저의 에너지가 금속층 표면으로 분산됨으로써 상기 제1 레이저가 직접 조사되지 않은 영역 상의 제1 수지층이 박리되는 문제점이 발생할 수 있다. 즉, 상기 금속층 에칭 단계는 상기 범위의 강한 출력을 가지는 펄스 레이저를 좁은 영역에 집전시켜 조사함으로써, 상기 제1 수지층 및/또는 보조 금속층을 제거하며, 금속층의 일 영역에 에칭 홈 및 돌출부를 효과적으로 형성할 수 있다.
본 명세서에서, 용어 "파이버 펄스 레이저"는 시간적으로 발진·정지가 있는 이저로서, 광학 섬유를 공진기로 이용한 레이저를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저의 파장은 1,000 nm 이상 1,100 nm 이하 중 어느 한 지점의 파장일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저의 조사 속도(scanning rate)는 100 mm/s 이상 500 mm/s 이하, 100 mm/s 이상 400 mm/s 이하, 200 mm/s 이상 500 mm/s 이하, 또는 200 mm/s 이상 400 mm/s 이하일 수 있다.
본 명세서에서, 레이저의 조사 속도는 조사되는 레이저의 일 지점에서 타 지점까지 이동하는 속도를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저의 반복 속도(repetition rate)는 30 kHz 이상 100 kHz 이하, 30 kHz 이상 80 kHz 이하, 50 kHz 이상 100 kHz 이하, 50 kHz 이상 80 kHz 이하일 수 있다.
본 명세서에서, 상기 레이저의 반복 속도는, 펄스 레이저의 초당 진동수를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저의 펄스 폭(pulse width)은 100 ns 이상 400 ns 이하, 100 ns 이상 300 ns 이하, 200 ns 이상 400 ns 이하, 또는 200 ns 이상 300 ns 이하일 수 있다.
본 명세서에서, 펄스 폭은 펄스의 상승 시간과 하강 시간에서 진폭이 절반이 되는 시각의 간격을 의미할 수 있다.
상기 조사 속도, 반복 속도, 및 펄스 폭 범위 내의 레이저가 조사됨으로써, 상기 제1 수지층이 구비된 금속층에 전술한 에칭 홈 및 돌출부가 충분히 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 범위 외의 레이저가 조사되는 경우, 상기 금속층이 절단 또는 파단되거나, 에칭 홈 및 돌출부가 충분히 형성되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저의 반복 횟수는 2 회 이상 10 회 이하, 또는 2 회 이상 5 회 이하일 수 있다.
상기 범위 내에서, 금속층 상에 충분한 크기의 돌출부 및 에칭 홈이 형성될 수 있고 이에 따라 상기 금속층과 상기 제2 수지층의 접합력을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 범위에 미달되는 경우 돌출부의 크기가 앵커링(anchoring) 구조를 형성하기에 충분하지 못할 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 상기 금속층이 파괴되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저의 스폿 크기는 15 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하, 25 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하, 또는 35 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 범위 내에서, 전술한 조건의 에칭 홈이 금속층 상에 형성되도록 할 수 있다.
본 명세서에서, 스폿 크기(spot size, 또는 beam size)는, 상기 레이저의 초점의 일측 말단에서 타측 말단까지의 최대 거리를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 레이저의 조사 간격은 50 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하, 50 ㎛ 이상 800 ㎛ 이하, 80 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하, 80 ㎛ 이상 800 ㎛ 이하, 80 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하, 100 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하, 80 ㎛ 이상 250 ㎛ 이하 또는 100 ㎛ 이상 250 ㎛ 이하일 수 있다.
또한, 상기 제1 레이저의 조사 간격은 전술한 에칭 홈의 중심 축 사이의 거리와 동일할 수 있다. 즉, 상기 제1 레이저 조사에 따라 상기 금속층 상에 라인 패턴을 형성하는 경우, 서로 평행하여 이격된 라인 패턴 상의 거리와 상기 제1 레이저의 조사 간격이 동일할 수 있다.
상기 범위 내의 조사 간격을 가지는 제1 레이저를 조사하는 경우, 하나의 에칭 홈으로부터 멀어지는 방향으로 구비된 돌출부 및 다른 하나의 에칭 홈으로부터 멀어지는 방향으로 구비되는 다른 돌출부가 접합되어 금속층 평탄면 상에 하기 설명하는 바와 같은 제2 레이저 조사에 따라 용융되는 제2 수지층이 공급되지 못하는 문제점을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제1 레이저 조사 조건 범위 내에서, 하기 설명하는 제2 레이저 조사에 따라 용융된 제2 수지층이 상기 에칭 홈 내부, 상기 돌출부 및 금속층 표면에 충분히 공급되도록 할 수 있고, 이에 따라 상기 금속층과 상기 제2 수지층의 접합력을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는, 상기 에칭된 금속층의 일면 상에 제2 수지층을 구비한 후, 제2 레이저를 조사하여 상기 금속층과 상기 제2 수지층을 접합하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 수지층에 대한 설명은 전술한 바와 같다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속층과 상기 제2 수지층을 접합하는 단계는 상기 제2 레이저 조사에 따라, 상기 제2 수지층이 용융되어 상기 제2 수지층이 상기 금속층에 접합되도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 금속층과 상기 제2 수지층을 접합하는 단계는 상기 제2 레이저 조사에 따라 용융된 제2 수지층이 상기 금속층의 표면, 제1 수지층의 표면, 에칭 홈 및 상기 돌출부 사이에 채워져 금속층과 접합되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저는 50 W 이상 2,000 W 이하의 출력의 다이오드 레이저일 수 있다.
즉, 상기 금속층과 상기 제2 수지층을 접합하는 단계는 상기 에칭된 금속층의 일면 상에 제2 수지층을 구비한 후 상기 출력 범위의 다이오드 레이저를 조사하여 상기 금속층과 상기 제2 수지층을 접합하는 것일 수 있다.
본 명세서에서, 다이오드 레이저는 순방향 반도체 접합을 능동 매질로 사용하여 발생되는 레이저를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 다이오드 레이저 조사에 따라, 상기 제2 수지층을 용융시켜 상기 제2 수지층이 상기 금속층에 접합되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저는 상기 제2 수지층에서 상기 금속층 방향으로 조사될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저는 상기 제2 수지층 및/또는 상기 제1 수지층에 접하는 상기 금속층의 표면에 초점을 맞추어 조사될 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저는 상기 제1 수지층 및/또는 상기 제2 수지층을 투과하여 조사될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저는 상기 제2 수지층에서 상기 금속층 방향으로, 상기 제2 수지층 및/또는 상기 제2 수지층에 접하는 상기 금속층의 표면에 초점을 맞추어, 상기 제2 수지층 및/또는 상기 제1 수지층을 투과하여 조사되는 것일 수 있다.
상기 제1 수지층은 높은 광흡수율을 가지므로, 상기 제2 레이저의 에너지를 효과적으로 흡수하여, 상기 금속층에 상기 제2 레이저의 에너지를 효율적으로 전달할 수 있다. 그리고, 상기 금속층으로 전달된 제2 레이저의 에너지는 열 에너지로 전환되어, 상기 제1 수지층 및/또는 상기 제2 수지층을 용융시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 전술한 방법으로 상기 제2 레이저를 조사하여 접합시키는 경우, 상기 금속층과 상기 제2 수지층 및/또는 상기 금속층과 상기 제1 수지층의 접합에 소요되는 시간을 단축하고, 열전도에 의한 접합 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저에 의해 상기 제1 수지층 및/또는 제2 수지층이 용융될 수 있다. 상기 제2 레이저에 의하여 용융된 제1 수지층은 상기 금속층의 마주보며 구비된 돌출부 및 상기 금속층의 평탄면 상에 접합될 수 있다. 그리고, 상기 제2 레이저에 의하여 용융된 제2 수지층은 상기 금속층의 표면, 상기 제1 수지층의 표면, 상기 에칭 홈 및 상기 돌출부에 사이에 채워져 상기 금속층에 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 제2 레이저의 파장은 근적외선 영역의 파장일 수 있다. 구체적으로 상기 제2 레이저의 파장은, 840 nm 이상 1064 nm 이하의 범위 중 일 지점의 파장일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저의 스폿 크기는 100 ㎛ 이상 5,000 ㎛ 이하일 수 있으며, 제2 레이저가 조사되는 소재의 종류에 따라 적절히 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저의 조사 속도는 10 mm/s 이상 1,000 mm/s 이하일 수 있으며, 제2 레이저가 조사되는 소재의 종류에 따라 적절히 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 레이저의 조사 횟수는 1회 이상 50회 이하일 수 있으며, 제2 레이저가 조사되는 소재의 종류에 따라 적절히 조절될 수 있다.
상기 이종 소재 접합체의 제조방법의 모식도를 도 3 에 나타내었다.
도 3 에 따르면, 제1 레이저 조사에 따라 일면 상에 에칭 홈 및 돌출부가 형성되고, 평탄면 상에 제1 수지층이 구비된 금속층 상에 제2 수지층을 구비하고, 상기 제2 수지층이 구비된 금속층 측에 제2 레이저를 조사하면, 제1 수지층 및/또는 제2 수지층이 용융되어 상기 에칭 홈, 금속층의 평탄면, 및 돌출부 상에 채워져 상기 제1 수지층과 상기 제2 수지층이 상기 금속층 측에 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 이종 소재 접합체 제조방법 이용하게 되면, 상기 금속층과 상기 제1 수지층 및/또는 상기 금속층과 제2 수지층 계면의 수지가 용융되면서, 상기 용융된 제1 수지층 및/또는 상기 용융된 제2 수지층이 상기 금속층 표면은 물론, 에칭 된 금속층의 에칭 홈(groove), 및 상기 금속층 표면에 형성된 돌출부 사이에도 유입됨으로써, 더욱 단단한 고정(앵커링, anchoring) 효과가 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 기존의 이종 소재 접합 방법과 달리 화학 유해물질에 의한 환경 오염이나 양산공정 관리가 어려운 등의 문제점이 발생할 우려가 없고, 또한, 공정 단계를 최소화하여 운영 효율을 향상시킬 수 있으며, 기밀성 및 수밀성의 구현이 가능한 이종 소재 접합체를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
[ 실시예 1]
금속층으로서 두께 약 1 mm 의 철(Fe)층, 상기 금속층 상에 보조 금속층으로서 두께 약 10 ㎛ 의 아연층을 적층하였다.
그리고, 918 nm 파장에서의 광반사율이 약 7 % 이고, 두께 약 30 ㎛ 인 제1 수지층을 전착 방법을 이용하여 상기 보조 금속층 상에 형성하였다.
상기 적층된 금속층, 보조 금속층 및 제1 수지층 측에 상기 제1 수지층에서 상기 금속층 방향으로 출력 50 W 인 파이버 펄스 레이저를, 70 kHz 의 반복 속도, 220 ns 의 펄스 폭 및 300 mm/s 의 조사 속도로 5 회 조사하여 금속층을 에칭하였다.
나아가, 제2 수지층으로서, 25 wt%의 유리 섬유를 포함하는 폴리아미드 수지를 준비하였다. 상기 폴리아미드 수지의 두께는 두께 1.5 mm이었다.
상기 에칭된 금속층 및 상기 제2 수지층을 각각 20 mm x 60 mm 크기로 재단한 후, 상기 에칭된 금속층 상에 상기 제2 수지층을 1 cm 길이로 중첩되도록 고정하였다. 그리고, 상기 제2 수지층에서 상기 금속층 방향으로 915 nm 파장, 스폿 사이즈 3 mm, 출력 300 W의 다이오드 레이저를 10 mm/s 의 조사 속도로 1회 조사하여 이종 소재 접합체를 제조하였다.
도 4 는 실시예 1 의 제1 수지층이 구비된 금속층의 단면을 주사 전자 현미경으로 촬영한 이미지이다. 구체적으로 도 4 의 (A) 는 금속층의 측단면, (B) 는 금속층의 표면의 주사 전자 현미경 이미지이다. 도 4 의 (A) 에 따르면, 파이버 펄스 레이저가 조사된 영역에는 에칭 홈(10) 및 돌출부(20)가 형성되는 것을 확인할 수 있었고, 파이버 펄스 레이저가 조사되지 않은 영역에는 제1 수지층(31)이 금속층의 평탄면(30) 상에 구비된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 4 의 (B) 에 따르면, 상기 제1 수지층(31)은 상기 금속층의 라인 패턴 내에, 구체적으로 상기 에칭 홈(10), 보다 구체적으로 돌출부(20)에 의한 라인 패턴으로 형성된 영역 내부에 구비되는 것을 확인할 수 있었다.
[ 비교예 1]
파이버 펄스 레이저의 조사 횟수를 1 회로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 이종 소재 접합체를 제조하였다.
도 5 는 비교예 1 의 제1 수지층이 구비된 금속층의 단면을 주사 전자 현미경으로 촬영한 이미지이다. 도 5 에 따르면, 금속층 에칭을 위한 파이버 펄스 레이저 조사량이 부족하여 돌출부, 에칭 홈이 제2 수지층이 충분히 공급될 수 있도록 형성되지 못한 것을 확인할 수 있었다.
[ 비교예 2]
별도의 보조 금속층 및 제1 수지층을 구비하지 않고, 파이버 펄스 레이저를 2 회 조사하여 금속층을 에칭한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이종 소재 접합체를 제조하였다.
[ 비교예 3]
파이버 펄스 레이저를 이용하여 금속층을 에칭하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 이종 소재 접합체를 제조하고자 하였으나, 금속층과 제2 수지층이 접합되지 않아 이종 소재 접합체의 형성이 불가능하였다.
[이종 소재 접합체의 인장 강도 및 융착 폭 측정]
실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 2 에 따른 이종 소재 접합체의 접합력을 나타내기 위하여, 이들의 인장 강도를 측정하였다.
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 2 에 따른 이종 소재 접합체를 만능 시험기(Ultimate Test Machine, INSTRON 5969)를 사용하여, 10 mm/min 의 인장 속도로 인장을 가하였을 때의 분리 또는 파단이 일어나는 인장 강도(MPa)를 측정하였다.
또한, 상기 이종 소재 접합체 상의 융착 폭으로서, 제2 레이저 조사에 의하여 제2 수지층의 표면 상에 형성된 용융 영역의 양측 말단의 길이, 구체적으로 상기 제2 레이저 조사 방향과 수직인 방향에서의 상기 용융 영역의 양측 말단의 길이를 측정하였다.
상기 인장 강도 및 융착 폭의 측정 결과를 하기 표 1 에 나타내었다.
구분 인장 강도(MPa) 융착 폭(mm)
실시예 1 12.5 3.5
비교예 1 측정불가 측정불가
비교예 2 11.5 2.8
표 1 에 따르면, 금속층의 평탄면 상에 제2 레이저에 대한 반사율이 약 7 % 인 제1 수지층이 구비된 이종 소재 접합체에 관한 실시예 1 은 금속층에 효율적으로 제2 레이저의 에너지가 전달될 수 있으므로, 높은 인장 강도 및 넓은 융착 폭을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 에칭 홈 및 돌출부가 충분히 형성되지 못한 비교예 1의 경우, 손으로 쉽게 금속층과 제2 수지층이 분리되어, 인장 강도를 측정할 수 없는 수준의 접합력을 나타내었다. 또한, 제1 수지층이 구비되지 않은 금속층을 포함하는 비교예 2 는 실시예 1에 비하여, 융착 폭이 좁고, 상대적으로 낮은 인장 강도 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
이를 통하여, 금속층 상에 제1 레이저를 조사하여 라인 패턴 형성시, 금속층 상에 제1 수지층을 구비하여 금속층을 에칭하고, 상기 에칭된 금속층을 제2 수지층과 접합하여 이종 소재 접합체를 제조하는 경우, 금속층의 제2 레이저 조사에 따른 에너지의 흡수율이 증가되어 이종 소재 접합체의 접합 강도를 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
상기 내용을 종합하여 보면, 금속층의 에칭을 통한 에칭 홈 및 돌출부의 형성, 및 광반사율이 낮은 제1 수지층을 구비하는 경우, 이종 소재 사이의 높은 접합력을 구현할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
10: 에칭 홈
20: 돌출부
30: 평탄면
31: 제1 수지층

Claims (15)

  1. 일면 상에, 2 이상의 에칭 홈, 상기 에칭 홈에 인접하여 구비된 돌출부 및 평탄면을 포함하는 금속층;
    상기 금속층의 평탄면 상에 구비되고, 840 nm 내지 1064 nm 중 어느 하나의 파장에서의 광반사율이 10 % 이하인 제1 수지층; 및
    상기 금속층 및 상기 제1 수지층 상에 구비되는 제2 수지층을 포함하고,
    상기 제2 수지층은 상기 에칭 홈의 내부, 상기 금속층 표면과 돌출부 사이에 채워져 상기 금속층에 고정되는 이종 소재 접합체.
  2. 청구항 1 에 있어서,
    상기 제2 수지층의 840 nm 내지 1064 nm 중 어느 하나의 파장에서의 광투과율은 30 % 이상인 것인 이종 소재 접합체.
  3. 청구항 1 에 있어서,
    상기 제1 수지층의 두께는 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 것인 이종 소재 접합체.
  4. 청구항 1 에 있어서,
    상기 이종 소재 접합체는 보조 금속층을 더 포함하고,
    상기 보조 금속층은 상기 금속층과 상기 제1 수지층 사이에 구비되는 것인 이종 소재 접합체.
  5. 청구항 4 에 있어서,
    상기 보조 금속층의 두께는 5 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 것인 이종 소재 접합체.
  6. 청구항 1 에 있어서,
    상기 에칭 홈 입구 폭에 대한 상기 에칭 홈 깊이의 비는 1 : 3 내지 1 : 14 인 것인 이종 소재 접합체.
  7. 청구항 1 에 있어서,
    상기 에칭 홈 입구 폭에 대한 상기 에칭 홈 중간 폭의 비는 1 : 1.3 내지 1 : 3 인 것인 이종 소재 접합체.
  8. 청구항 1 에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 에칭 홈으로부터 멀어지는 방향으로 구비되고,
    상기 돌출부는 상기 금속층 표면과 예각을 이루며 구비되는 것인 이종 소재 접합체.
  9. 청구항 1 에 있어서,
    상기 돌출부의 일측 말단에서 타측 말단까지의 길이는 25 ㎛ 이상 80 ㎛ 이하인 것인 이종 소재 접합체.
  10. 일면 상에 제1 수지층이 구비된 금속층을 준비하는 단계;
    상기 제1 수지층이 구비된 금속층의 표면에 제1 레이저를 조사하여, 상기 금속층의 일면 상에, 에칭 홈 및 돌출부를 형성하는 금속층 에칭 단계; 및
    상기 에칭된 금속층의 일면 상에 제2 수지층을 구비한 후, 제2 레이저를 조사하여 상기 금속층과 상기 제2 수지층을 접합하는 단계;를 포함하는 청구항 1 에 따른 이종 소재 접합체의 제조방법.
  11. 청구항 10 에 있어서,
    상기 제1 레이저는 10 W 이상 100 W 이하의 출력의 파이버 펄스 레이저인 것인 이종 소재 접합체의 제조방법.
  12. 청구항 10 에 있어서,
    상기 제1 레이저는 30 kHz 이상 100 kHz 이하의 반복 속도, 100 mm/s 이상 500 mm/s 이하의 조사 속도 및 100 ns 이상 400 ns 이하의 펄스 폭으로 조사되는 것인 이종 소재 접합체의 제조방법.
  13. 청구항 10 에 있어서,
    상기 제1 레이저는 2 회 이상 10 회 이하의 조사 횟수로 조사되는 것인 이종 소재 접합체의 제조방법.
  14. 청구항 10 에 있어서,
    상기 제2 레이저는 50 W 이상 2,000 W 이하의 출력의 다이오드 레이저인 것인 이종 소재 접합체의 제조방법.
  15. 청구항 10 에 있어서,
    상기 제2 레이저는 100 ㎛ 이상 5,000 ㎛ 이하의 스폿 크기, 10 mm/s 이상 1,000 mm/s 이하의 조사 속도 및 1 회 이상 50 회 이하의 조사 횟수로 조사되는 것인 이종 소재 접합체의 제조방법.
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