[논문]실란 및 분산제가 Epoxy와 연자성 금속 파우더 복합체의 Packing에 미치는 영향

이창현; 신효순; 여동훈; 남산

doi:10.4313/jkem.2017.30.12.751

실란 및 분산제가 Epoxy와 연자성 금속 파우더 복합체의 Packing에 미치는 영향
The Effect of Silane and Dispersant on the Packing in the Composite of Epoxy and Soft Magnetic Metal Powder 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.30 no.12, 2017년, pp.751 - 756

이창현 (한국세라믹기술원 나노융합소재센터) , 신효순 (한국세라믹기술원 나노융합소재센터) , 여동훈 (한국세라믹기술원 나노융합소재센터) , 남산 (고려대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

A molding-type power inductor is an inductor that uses a hybrid material that is prepared by mixing a ferrite metal powder coated with an insulating layer and an epoxy resin, which is injected into a coil-embedded mold and heated and cured. The fabrication of molding-type inductors requires various techniques such as for coil formation and insertion, improving the magnetic properties of soft magnetic metal powder, coating an insulating film on the magnetic powder surface, and increasing the packing density by well dispersing the powder in the epoxy resin. Among these aspects, researches on additives that can disperse the metal soft magnetic powder having the greatest performance in the epoxy resin with high charge have not been reported yet. In this study, we investigated the effect of silanes, KBM-303 and KBM-403, and a commercial dispersant on the dispersion of metal soft magnetic powders in epoxy resin. The sedimentation height and viscosity were measured, and it was confirmed that the silane KBM-303 was suitable for dispersion. For this silane, the packing density was as high as about 72.49%. Moreover, when 1.2 wt% of dispersant BYK-103 was added, the packing density was about 80.5%.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 밀도가 높고 입자크기가 균일하지 않은 금속 연자성 분말의 균일한 분산 및 혼합에 관한 연구는 많이 이루어지지 않았으며, 이러한 분산의 효과가 packing density에 미치는 영향은 보고된 바가 없다. 따라서 본 연구에서는 입도가 다른 3가지 종류의 연자성 금속 파우더를 bimodal 형태로 epoxy resin에 혼합하여 packing density를 높이고자 하였으며, 이때 실란 및 분산제의 첨가량에 따른 점도 및 침강 높이를 측정하여 이들이 epoxy resin 내에서 금속 연자성 분말의 분산에 미치는 영향을 관찰하고자 하였다.
금속 분말과 epoxy resin을 6 ：4 부피 비로 paste mixer를 이용하여 1,200 RPM의 속도로 5분간 혼합하였다. 이때, 분산제0~0.6 wt%, 실란 0~2 wt%을 첨가하여 분산성에 미치는 영향을 관찰하고자 하였다. 그 후 혼합 과정에서 생성되는 기포를 제거하기 위하여 탈포를 약 30분 진행한 후몰드에 paste를 주입성형 한 후 175℃에서 1시간 가열 경화하여 몰딩형 인덕터를 제조하였다.

제안 방법

이때, 금속 분말인 Sendust, Fe-Si계 파우더 그리고 CIP 파우더의 입도는 각각 90 μm, 10 μm 그리고 5 μm로 이들의 혼합에 의하여 bimodal 형태를 띠며 부피 비 75 ：20 ：5의 비율로 배치하였다.
혼합된 paste의 분산성을 평가하기 위하여 점도 및 침강 높이를 측정하였으며, 이러한 방법으로 제조한 몰딩형인덕터의 단면을 절취한 후 전자현미경 이미지 분석을 하여 packing density를 측정하였다. 제조한 paste의 점도는 점도계(RVDV2P230, Brookfield, USA)를 이용하여 측정하였으며 원료분말의 형상과 복합체의 미세구조는 각 복합체의 단면을 절취하고, 정밀하게 polishing 한 후, 단면을 전자현미경(JSM 6700F, Jeol, Japan)으로관찰하였고, 이들 이미지를 이용하여 image analyzer(Clemex Vision PE & Lite, Lab & Part Korea Co.

대상 데이터

Epoxy resin은 SE-4125 resin (Shin-A T&C Co. Ltd.,Korea)을 사용하였다.
본 연구에 사용되는 원료는 연자성 합금 분말인 Sendust (Changsung Co. Ltd., Korea), Fe-Si계 파우더(Changsung Co. Ltd., Korea) 그리고 CIP 파우더(Changsung Co. Ltd., Korea) 3종을 사용하였다. Epoxy resin은 SE-4125 resin (Shin-A T&C Co.

데이터처리

제조한 paste의 점도는 점도계(RVDV2P230, Brookfield, USA)를 이용하여 측정하였으며 원료분말의 형상과 복합체의 미세구조는 각 복합체의 단면을 절취하고, 정밀하게 polishing 한 후, 단면을 전자현미경(JSM 6700F, Jeol, Japan)으로관찰하였고, 이들 이미지를 이용하여 image analyzer(Clemex Vision PE & Lite, Lab & Part Korea Co.,Korea) 이미지 분석기법으로 packing density를 측정하는 평가방법을 적용하였다.

성능/효과

실란 KBM-303, 403을 첨가하여 침강 높이 및 점도를 측정한 결과 실란 KBM-303이 KBM-403에 비해 좀 더 낮은 침강 높이 및 점도를 나타내었고, 이는 실란 KBM-303이 분산에 더 적합하다고 판단된다. 실란KBM-303을 2 wt% 첨가한 후 분산제를 0~0.
7 cm를 나타냈으며 약 23% 침강했다. 실란 KBM-403을 2 wt% 첨가한 결과 70시간 후 침강 높이가 약 7.2 cm로 28% 침강했다. 침강높이가 낮을수록 분산성이 높다는 것을 의미한다 [9].
실란 KBM-303, 403을 첨가하여 침강 높이 및 점도를 측정한 결과 실란 KBM-303이 KBM-403에 비해 좀 더 낮은 침강 높이 및 점도를 나타내었고, 이는 실란 KBM-303이 분산에 더 적합하다고 판단된다. 실란KBM-303을 2 wt% 첨가한 후 분산제를 0~0.8 wt% 추가 첨가하여 실험한 결과 분산제 BYK-103 0.5 wt%를 첨가한 경우 가장 낮은 침강 높이와 점도를 관찰할 수 있었다. 실란을 첨가하지 않고 분산제 BYK-103을0~2.
2 wt% 첨가한 경우 가장 낮은 침강 높이와 점도를 관찰할 수 있었다. 실란과 분산제의 첨가 순서에 따른 분산 효과를 관찰하기 위하여 분산제 BYK-103 1.2 wt% 첨가 후실란 KBM-303을 0~2.0 wt%까지 첨가한 결과 침강 높이 및 점도는 순차적으로 감소하였지만, 이는 액상인 분산제와 실란의 첨가로 인한 영향이라고 판단된다. 위의 결과를 기반으로 최적의 분산 조건이라 판단되는 조성의 단면 미세구조를 관찰한 결과 분산제 BYK-1031.
5 wt%를 첨가한 경우 가장 낮은 침강 높이와 점도를 관찰할 수 있었다. 실란을 첨가하지 않고 분산제 BYK-103을0~2.0 wt% 첨가한 결과 분산제 BYK-103 1.2 wt% 첨가한 경우 가장 낮은 침강 높이와 점도를 관찰할 수 있었다. 실란과 분산제의 첨가 순서에 따른 분산 효과를 관찰하기 위하여 분산제 BYK-103 1.
27%로 측정되었다. 위 결과는 실란을 첨가하지 않고 분산제를 1.2 wt% 첨가한 경우 가장 높은 packing density를 나타냄을 미세구조로도 관찰할 수 있었고 packing density로도 확인한 것이다. 이 결과는 연자성 금속 분말의 분산에 분산제 BYK-103 단독 첨가 효과가 가장 크고, 분산이 잘 된 경우 이들의 균일하고 고밀도 packing이 일어날 수 있다는 것을 의미한다.
한편, 실란 KBM-403은 연자성 금속 분말과 epoxy resin 사이에서 surfactant로서 충분히 역할을 하지 못하고 단지 용매 증가 효과가 크게 나타난다는 것을 실험 결과로 확인할 수 있다. 위의 결과로 보아 실란 KBM-303은 epoxy resin 내에서 연자성 금속 파우더를 분산하는 데 실질적인 효과가 있음이 실험적으로 확인되었다.
침강높이가 낮을수록 분산성이 높다는 것을 의미한다 [9]. 위의 결과로 판단하였을 때 실란 KBM-403을 2 wt% 첨가하였을 시 연자성 금속 분말의 분산에 가장 큰 영향을 미친다고 할 수 있다. 하지만 실란 KBM-303, 403은 액상의 형태로 첨가되기 때문에 점도의 저하 효과가 생기므로 순수하게 실란 첨가가 분산에 미치는 영향을 파악하는 데 문제가 있다.
0 wt%까지 첨가한 결과 침강 높이 및 점도는 순차적으로 감소하였지만, 이는 액상인 분산제와 실란의 첨가로 인한 영향이라고 판단된다. 위의 결과를 기반으로 최적의 분산 조건이라 판단되는 조성의 단면 미세구조를 관찰한 결과 분산제 BYK-1031.2 wt%를 첨가한 조성에서 packing density 80.50%로 가장 치밀한 복합체의 미세구조를 관찰할 수 있었다.
2 wt% 첨가한 경우 가장 높은 packing density를 나타냄을 미세구조로도 관찰할 수 있었고 packing density로도 확인한 것이다. 이 결과는 연자성 금속 분말의 분산에 분산제 BYK-103 단독 첨가 효과가 가장 크고, 분산이 잘 된 경우 이들의 균일하고 고밀도 packing이 일어날 수 있다는 것을 의미한다.
특히, 실란 KBM-303은 epoxy기를 포함하고 있어서 epoxy resin과의 상용성이 더 좋을 것이라는 추정이 가능하다 [10]. 한편, 실란 KBM-403은 연자성 금속 분말과 epoxy resin 사이에서 surfactant로서 충분히 역할을 하지 못하고 단지 용매 증가 효과가 크게 나타난다는 것을 실험 결과로 확인할 수 있다. 위의 결과로 보아 실란 KBM-303은 epoxy resin 내에서 연자성 금속 파우더를 분산하는 데 실질적인 효과가 있음이 실험적으로 확인되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	몰딩형 인덕터에서 인덕터의 특성을 좌우하는 핵심 기술은?	몰딩형 인덕터는 코일의 형성과 장입 공정, 금속 연자성 분말의 자성특성 향상, 자성 분말 표면의 절연막 코팅 및 분말을 에폭시 resin에 잘 분산하는 공정 등의 기술을 필요로 한다. 이러한 요소 중연자성 분말을 에폭시 resin에 균일하게 분산하여 높은 packing density를 얻는 공정이 인덕터의 특성을 좌우하는 핵심기술이다 [8]. 하지만 밀도가 높고 입자크기가 균일하지 않은 금속 연자성 분말의 균일한 분산 및 혼합에 관한 연구는 많이 이루어지지 않았으며, 이러한 분산의 효과가 packing density에 미치는 영향은 보고된 바가 없다.
	몰딩형 파워인덕터란?	파워인덕터는 고전류화 및 낮은 직류저항 등의 특성이 요구되며 [2,3] 다양한 자성소재와 공정기술이 개발되고 있다 [4-7]. 이중 자동차 산업에 적용되는 몰딩형 파워인덕터는 세라믹 절연층이 코팅된 ferrite 금속 분말과 epoxy resin을 혼합하여 코일이 삽입된 몰드에 주입하고 가열 경화 과정을 통하여 제조된 인덕터이다. 몰딩형 인덕터는 코일의 형성과 장입 공정, 금속 연자성 분말의 자성특성 향상, 자성 분말 표면의 절연막 코팅 및 분말을 에폭시 resin에 잘 분산하는 공정 등의 기술을 필요로 한다.
	몰딩형 인덕터에 필요로 하는 기술은?	이중 자동차 산업에 적용되는 몰딩형 파워인덕터는 세라믹 절연층이 코팅된 ferrite 금속 분말과 epoxy resin을 혼합하여 코일이 삽입된 몰드에 주입하고 가열 경화 과정을 통하여 제조된 인덕터이다. 몰딩형 인덕터는 코일의 형성과 장입 공정, 금속 연자성 분말의 자성특성 향상, 자성 분말 표면의 절연막 코팅 및 분말을 에폭시 resin에 잘 분산하는 공정 등의 기술을 필요로 한다. 이러한 요소 중연자성 분말을 에폭시 resin에 균일하게 분산하여 높은 packing density를 얻는 공정이 인덕터의 특성을 좌우하는 핵심기술이다 [8].

참고문헌 (11)

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J. W. Kim, Y. H. Chun, J. H. Hwang, and S. J. Lee, J. Korean Ceram. Soc., 43, 635 (2006). [DOI: https://doi.org/10.4191/KCERS.2006.43.10.635]

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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