CN105744816B - 电磁波屏蔽复合膜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电磁波屏蔽复合膜，其结构特征在于多层吸波结构，其至少包括：一反射层、一吸波层及一入射层，其中通过吸波层的电阻值高于反射层的电阻值，可引导电磁波来回游离于吸波层与反射层之间，促使空间入射的电磁波能量衰减，并减少或消除反射的电磁波。据此，本发明的电磁波屏蔽复合膜具有多层吸波结构，可阻止电磁波对邻近线路及元件的干扰，此外，多层吸波结构的厚度具薄型化特色，可满足软性电路板的质量轻、材料薄、柔韧性好的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁波屏蔽复合膜，尤其涉及一种具有多层吸波结构的电磁波屏蔽复合膜。
背景技术
为响应电子及通讯产品多功能的市场需求，电路基板的IC构装需要更轻、薄、短、小；在功能上，则需要强大且高速讯号传输。因此，I/O脚数的密度势必提高，而伴随着IC脚位数目也得随之增多。IC载板线路之间的距离越来越近，加上工作频率朝向高宽频化，使IC相互之间的电磁干扰(Electromagnetic Interference；EMI)情形越来越严重，因此如何有效电磁相容管理(Electromagnetic Compatibility；EMC)，维持电子产品的正常讯号传递及提高可靠度将成为重要议题。
市面上，软板用电磁波屏蔽复合膜依施工方式大致可分为印制型导电浆料(Conductive Paste)与导电贴胶膜(Conductive Adhesive Film)两大类。一般传统印刷电路板(硬板)对于电磁波干扰防护措施，大多采用将导电性粉体(例如银、铜、镍等金属)添加于高分子材料中，而形成印制型导电浆料。银浆料具有极佳的储存安定性，电磁波屏蔽效果是导电金属材料中最佳，但缺点是材料成本太高。铜浆料导电性好，电磁波屏蔽能力又仅次于银浆料，但缺点是抗氧化能力差，在空气下铜粉表面极易生成导电性不佳的氧化铜。镍浆料相对于银、铜浆料的电磁波屏蔽能力薄弱许多，尤其是在频率低于30MHz下，但其抗氧化能力较铜金属来得优秀，粉体材料价格也比银、铜金属便宜许多，因此仍有其产品用途；目前软板使用的电磁波屏蔽材料，因考虑到镍浆料相较于银、铜浆料要达到不错的电磁波屏蔽特性需有较厚的涂层，因此软板电磁波屏蔽材料大多仍采用银、铜导电浆料。在制程上，印制型导电浆料具有加工方便、不需导电黏着胶，以及设备投资成本相对低廉等优势，但其仍有诸多缺点尚待改善，如：导电浆料涂布平整度与膜厚均匀性不易控制，产出效率偏低，为了达到较佳的电磁波屏蔽效益，需涂布一定厚度的导电浆料，导致牺牲耐曲折特性。此外，印制导电层有气孔或脱层等方面的疑虑，仅局限于较不需大幅弯曲的软板产品或硬板等方面的电磁波屏蔽之用，也就是高阶软板相关产品均不适合采用。
第二种方式的电磁波屏蔽复合膜则是以真空溅镀(Sputter)或蒸镀(Evaporation)方式，在导电贴胶膜上沉积单层的银导电金属薄膜，由此提升导电贴胶膜对电磁波干扰屏蔽能力。在考虑到金属薄膜材料的可挠性、材料成本与电磁波屏蔽能力等因素下，银薄膜的沉积厚度约在0.1μm。电磁波屏蔽膜的导电贴胶膜主要是由导电性粉体粒子，搭配具有一定固化交联反应程度B-stage的高分子材料。一般常用的高分子材料有环氧树脂(Epoxy Resin)、聚亚醯胺树脂(Polyimide Resin)、矽树脂(Silicon Resin)等。从材料成本与制程等方面考虑，传统导电贴胶膜所使用的高分子材料多由热固化(Thermosetting)型环氧树脂材料所组成。树脂材料本身除了要有良好的黏着强度、高温尺寸安定性，与保护软板避免外在的化学、湿气与溶剂环境影响等胶膜基本功能特性外，为了符合软板构装加工性及软板产品特性，在树脂材料配方的反应机制设计上，需具备低温快速硬化(～150℃)、适当的流变性与优异可挠弯曲性等。
以导电贴胶膜方式制作的电磁波屏蔽复合膜除了可以连续快速生产之外，其最大特点是搭配软板时，具有极佳的可弯曲性、优越的机械接着性和高可靠度，因此导电贴胶膜是近年来广受业界普遍采用的方式。导电贴胶膜可依电磁波屏蔽区域尺寸大小做合适裁剪，再施加快速热压合条件之下(150～170℃、3～10min)，使导电贴胶膜内的导电粒子因树脂材料受到热压而产生形变流动，进而与软板上的接地走线接触形成导电通路，之后再经一段时间，使树脂达到完全交联固化，以维持良好电性及物性，达到降低软板接地走线的阻抗值，而降低电磁波干扰目的。由于其金属薄膜沉积厚度约在0.1～1um之间，故可符合软板所需的曲挠特性，且符合材料成本与电磁波屏蔽效益的需求，具有优越的弯曲性、机械性与可靠度。然而，此导电贴胶膜方式却有研发及设备投资成本相对昂贵及无法有效屏蔽低频率电磁波的缺点。
有鉴于上述缺点，目前仍亟需发展一种可展现优异全波段电磁波屏蔽效果、适合薄型化设计且可降低成本的电磁波屏蔽复合膜，以期应用于软板电路板时可符合其需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁波屏蔽复合膜，其利用多层吸波结构以提高全波段电磁波屏蔽效果，并同时可降低以导电贴胶膜方式制作电磁波屏蔽膜的成本，薄型化电磁波屏蔽复合膜的厚度，也可简化与软性电路板整合工序。
为达成上述目的，本发明提供一种电磁波屏蔽复合膜，其包含：一入射层，入射层包含一导电填充材料；一吸波层，其设置于该入射层的一侧上；以及一反射层，其设置于该吸波层上，以夹置该吸波层于该入射层与该反射层之间，其中该吸波层的电阻值高于该反射层的电阻值。
据此，本发明在该入射层上依序叠置该吸波层及该反射层，通过该吸波层的电阻值高于该反射层的电阻值，因而引导电磁波来回游离于该吸波层与该反射层之间，促使空间入射的电磁波能量衰减，并减少或消除反射的电磁波，进而达到更佳的全波段电磁屏蔽效果。由此，本发明具有多层吸波结构的电磁波屏蔽复合膜有利于薄型化设计，以展现软板所需的曲挠特性。
在本发明中，该入射层中的该导电填充材料可为一石墨烯，其中该石墨烯可为至少一单层石墨烯、至少一多层石墨烯或其混合，且该石墨烯较佳由化学气相沈积法(Chemical Vapor Deposition；CVD)或机械剥离法(Mechanical Exfoliation)所制备出，其平均厚度范围可为0.2纳米至300纳米。
碳系材料的遮蔽作用主要取决于表面反射，而该石墨烯的结构更有利于提高多次反射损耗，尤其，该石墨烯是一层一层紧密平行排列的片状结构，其通过层与层的接触实现导电通路，由于其接触面大、电阻小，故导电能力较强，俾可达到优异的电磁波屏蔽效果。此外，可通过改变该入射层中的该导电填充材料的含量比例，以调整该入射层的面电阻值，例如，以该入射层的总重量为基准，该入射层中可包含0.5至80重量百分比的该导电填充材料，藉以整体提升导引电磁波入射进电磁波屏蔽复合膜，以确保电磁波能自软性电路板上的接地铜薄垫片导引进该吸波层与该反射层。在此，该入射层的厚度为5微米至25微米。
在本发明中，该入射层更包含一高分子材料，且该导电填充材料披覆于该高分子材料上或混掺于该高分子材料中，其中该高分子材料并无特殊限制，只要其具备胶膜基本功能特性且不影响电磁波屏蔽效果即可，其较佳为低黏度高分子材料，举例包括：热塑性塑胶、热固性塑胶、热固性橡胶、热塑性黏弹体或导电高分子等。更具体地说，该高分子材料可选自由聚烯亚胺(PI)、聚乙烯(PE)、环氧树脂(Epoxy)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、双马来醯亚胺(BMI)及压克力系高分子所组群组中的至少一个，但不限于此。例如，本发明的具体实施例采用环氧树脂，其具体举例包括：双酚A型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、线型脂肪族族环氧树脂、脂环环氧树脂、杂环环氧树脂、各种多官能团环氧树脂和卤代环氧树脂物，但不限于此。上述的环氧树脂可单独或混合使用，且使用聚醯胺(Polyamide)作为环氧树脂系统中的硬化剂，其具体举例包括：芳族聚胺、双氰胺、酸酐、及各种酚醛清漆树脂，但不限于此。
在本发明中，该入射层更可视需求而选择性添加适量的分散剂，其可为醇类分散剂，如聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol；PVA)、不同分子量的聚乙二醇(PolyethyleneGlycol；PEG，MW＝200～10,000)、乙醇(Ethyl Alcohol)、乙二醇(Ethylene Glycol)、丙二醇(Propylene Glycol)、丁二醇(Butylene Glycol)、三甘醇(Butylene Glycol)、异丙醇(Isopropyl Alcohol；IPA)或其衍生物或混合物；阴离子分散剂(anion dispersingagent)，如油酸钠(C17H33COONa)、羧酸盐、硫酸酯盐(R-O-SO3Na)、磺酸盐(R-SO3Na)、十二烷硫酸钠(SDS)或其衍生物或混合物，但不限于此。此外，该入射层更可包括一消泡剂(defoamer)，其具体举例包括：有机矽氧烷、聚醚、矽和醚接枝、含胺、亚胺和醯胺类等等，但不限于此。
在本发明中，该入射层更可视需求而选择性添加适量的有机溶剂(OrganicSolution)，如丙酮、甲基乙基酮、甲苯、二甲苯、甲基异丁基酮、乙酸乙酯、乙二醇一甲醚、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、甲醇或乙醇，但不限于此，其中上述的有机溶剂可单独或混合使用。
在本发明中，该吸波层及该反射层的材料较佳为不同金属材料，其可分别独立选自由金、银、铜、铁、锡、铅、鈷、铬、铝、镍及其合金所组群组中的至少一个，其中可通过材料选取及厚度控制，调整该吸波层及该反射层的电阻值。例如，可调整该吸波层具有10至100Ω/□的面电阻，该反射层具有0.2Ω/□以下的面电阻，由此，由于该吸波层的电阻值高于该反射层，因而引导电磁波来回游离于该吸波层与该反射层之间，促使空间入射的电磁波能量衰减，并减少或消除反射的电磁波，进而达到更佳的全波段电磁屏蔽效果。此外，该吸波层及该反射层的形成方式并无特殊限制，其可通过如化学沉积、蒸镀、溅镀或其他方式依序形成于该入射层表面(亦即，该吸波层的相对两表面分别与该入射层及该反射层接触)，且其厚度分别可为0.02微米至0.3微米。由此，由于该反射层与该吸波层很薄，故可很快吸收来自电子元件的全波段电磁波，以展现较佳的全波段电磁波屏蔽效果。
在本发明中，该电磁波屏蔽复合膜更可包含一绝缘层，其设置于该反射层上(即，该反射层位于该绝缘层与该吸波层之间)，其中该绝缘层的厚度可为1微米至5微米，该绝缘层的材料可选自由聚烯亚胺(PI)、聚乙烯(PE)、环氧树脂(Epoxy)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、双马来醯亚胺(BMI)及压克力系高分子所组群组中的至少一个，但不限于此。此外，该电磁波屏蔽复合膜更可包含一离型膜及一转写膜，其中该离型膜设置于该入射层的另一侧上，而该转写膜则设置于该绝缘层上(即，该入射层位于该离型膜与该吸波层之间，该绝缘层位于该转写膜与该反射层之间)，以保护该入射层、该吸波层及该反射层避免受到外界环境污染(如水解、灰尘…等等)，且该离型膜及该转写膜可于使用该电磁波屏蔽复合膜时撕去，在此该离型膜及该转写膜的材料可分别独自选自由聚烯亚胺、环氧树脂、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚丙烯、双马来醯亚胺及压克力系高分子所组群组中的至少一个，且其厚度分别可为30微米至150微米。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明可通过于该入射层上依序形成具有不同电阻值的该吸波层与该反射层，以提高全波段电磁波屏蔽效果，其中该吸波层与该反射层的厚度分别约于300纳米以下(即，该吸波层与该反射层的总合厚度可下降至约600纳米)，即可达到所需的全波段电磁波屏蔽效果，如此可大幅降低成本，并有利于薄型化设计，可满足软性电路板的质量轻、材料薄、柔韧性好的要求，且应用于软性电路板时可节省保护膜(Coverlay)使用的厚度，甚至可以在不用保护膜(Coverlay)的情况下使用该电磁波屏蔽复合膜，有利于简化与软性电路板整合工序。
附图说明
图1为本发明具体实施例的电磁波屏蔽复合膜剖视图；
图2为本发明实施例1的电磁波屏蔽复合膜测试结果图；
图3为本发明实施例2的电磁波屏蔽复合膜测试结果图；
图4为本发明实施例3的电磁波屏蔽复合膜测试结果图；
图5为本发明比较例1的电磁波屏蔽复合膜测试结果图；
图6为本发明比较例2的电磁波屏蔽复合膜测试结果图。
符号说明：
100：电磁波屏蔽复合膜；102：转写膜；104：绝缘层；106：反射层；108：吸波层；110：入射层；112：离型膜。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟习此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明亦可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
如图1所示的本发明具体实施例中的电磁波屏蔽复合膜剖视图。本发明的电磁波屏蔽复合膜100由上至下依序包含有转写膜102、绝缘层104、反射层106、吸波层108、入射层110及离型膜112。以下将在实施例1～3中详细说明本发明电磁波屏蔽复合膜的制备方法并测试其电磁波屏蔽效果，并与比较例1～2的电磁波屏蔽复合膜进行测试结果比较。
实施例1
本实施例的电磁波屏蔽复合膜由下列的制程步骤完成：以机械剥离法(Mechanical Exfoliation)制备出石墨烯，其平均厚度范围可为0.2纳米至300纳米，随后将石墨烯(25重量百分比)、低黏度高分子黏结剂(40重量百分比的环氧树脂)、硬化剂(15重量百分比的聚醯胺硬化剂)、分散剂(0.5重量百分比的阴离子分散剂)、有机溶剂(19重量百分比的丁酮、甲苯及乙酸乙酯的混合溶剂)及助剂(0.5重量百分比的消泡剂)等充分均匀混掺，并涂布分散于PET离型膜112表面上，以形成具有高导电功能的入射层110，其厚度约为15微米；接着透过溅镀方式在入射层110的表面依序生成厚度50纳米镍铬合金的吸波层108与厚度300纳米铜金属的反射层106。另外，涂布5微米厚度的环氧树脂在PET转写膜102上，并加以80℃进行烘烤去除溶剂，以形成绝缘层104及转写膜102，最后将此绝缘层104及转写膜102与反射层106相互贴合，由此制造出本实施例的电磁波屏蔽复合膜100。
实施例2
本实施例的电磁波屏蔽复合膜由下列的制程步骤完成：以机械剥离法(Mechanical Exfoliation)制备出石墨烯，其平均厚度范围可为0.2纳米至300纳米，随后将石墨烯(25重量百分比)与低黏度高分子黏结剂(40重量百分比的环氧树脂)、硬化剂(15重量百分比的聚醯胺硬化剂)、分散剂(0.5重量百分比的阴离子分散剂)、有机溶剂(19重量百分比的丁酮、甲苯及乙酸乙酯的混合溶剂)及助剂(0.5重量百分比的消泡剂)等充分均匀混掺，并涂布分散于PET离型膜112表面上，以形成具有高导电功能的入射层110，其厚度约为15微米；接着透过溅镀方式在入射层110的表面依序生成厚度50纳米镍铬合金的吸波层108与厚度200纳米银金属的反射层106。另外，涂布5微米厚度的环氧树脂在PET转写膜102上，并加以80℃烘烤去除溶剂，以形成绝缘层104及转写膜102，最后将此绝缘层104及转写膜102与反射层106相互贴合，由此制造出本实施例含有石墨烯的电磁波屏蔽复合膜100。
实施例3
本实施例的电磁波屏蔽复合膜由下列的制程步骤完成：以机械剥离法(Mechanical Exfoliation)制备出石墨烯，其平均厚度范围可为0.2纳米至300纳米，随后将石墨烯(25重量百分比)与低黏度高分子黏结剂(40重量百分比的环氧树脂)、硬化剂(15重量百分比的聚醯胺硬化剂)、分散剂(0.5重量百分比的阴离子分散剂)、有机溶剂(19重量百分比的丁酮、甲苯及乙酸乙酯的混合溶剂)及助剂(0.5重量百分比的消泡剂)等充分均匀混掺并涂布分散于PET离型膜112表面上形成具有高导电功能的入射层110，其厚度约为15微米；接着透过溅镀方式在入射层110的表面依序生成厚度50纳米镍铬合金的吸波层108与厚度300纳米铝金属的反射层106。另外涂布5微米厚度的环氧树脂在PET转写膜102上，并加以80℃烘烤去除溶剂，以形成绝缘层104及转写膜102，最后将此绝缘层104及转写膜102与反射层106相互贴合，由此制造出本实施例含有石墨烯的电磁波屏蔽复合膜100。
比较例1
本比较例的电磁波屏蔽复合膜与实施例1所述大致相同，惟不同处仅在于，本比较例的入射层110与反射层106间未形成吸波层108，亦即，本比较例直接于入射层110表面生成厚度300纳米铜金属的反射层106。
比较例2
本比较例的电磁波屏蔽复合膜与实施例3所述大致相同，惟不同处仅在于，本比较例的入射层110与反射层106间未形成吸波层108，亦即，本比较例直接于入射层110表面生成厚度300纳米铝金属的反射层106。
测试例
本测试例采用HP8722型的向量网路分析仪(Vector Network Analyzer)，搭配同轴夹具，并依据ASTM D4935-99标准规范，于30兆赫(MHz)至3吉赫(GHz)的电磁波频段范围内，对实施例1～3及比较例1～2制成的电磁波屏蔽复合膜进行电磁波屏蔽效能的测试。
据此，实施例1～3及比较例1～2的测试结果如图2～6所示，其结果显示，实施例1～3于各波段皆可展现优异的电磁波屏蔽效果(如图2～4)，然而比较例1～2在低频率几乎无电磁波遮蔽效果(请见图5至6)。由此可证实，本发明于入射层110与反射层106间设置电阻值大于反射层106的吸波层108确实可大幅提高电磁波屏蔽效果，以展现无法预期的优异功效。因此，本发明具有多层吸波结构的电磁波屏蔽复合膜100特别适用于电子装置、线材及元件上的电磁波屏蔽，例如印刷电路板的电磁屏蔽结构，尤其适合作为软性电路板抵抗电磁干扰的结构。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种电磁波屏蔽复合膜，其特征在于，包含：
一入射层，其包含一导电填充材料，其中所述导电填充材料为一石墨烯；
一吸波层，其设置于所述入射层的一侧上；以及
一反射层，其设置于所述吸波层上，以夹置所述吸波层于所述入射层与所述反射层之间，其中所述吸波层的电阻值高于所述反射层的电阻值，所述电磁波屏蔽 复合膜的厚度是5.04微米至25.6微米，而且所述入射层会导引电磁波进入所述吸波层与所述反射层。
2.如权利要求1所述的电磁波屏蔽复合膜，其特征在于，其中所述吸波层的材料选自由金、银、铜、铁、锡、铅、鈷、铬、铝、镍及其合金所组群组中的至少一个。
3.如权利要求1所述的电磁波屏蔽复合膜，其特征在于，其中所述吸波层的厚度为0.02微米至0.3微米。
4.如权利要求1所述的电磁波屏蔽复合膜，其特征在于，其中所述反射层的材料选自由金、银、铜、铁、锡、铅、鈷、铬、铝、镍及其合金所组群组中的至少一个。
5.如权利要求1所述的电磁波屏蔽复合膜，其特征在于，其中所述反射层的厚度为0.02微米至0.3微米。
6.如权利要求1所述的电磁波屏蔽复合膜，其特征在于，其中所述石墨烯为至少一单层石墨烯、至少一多层石墨烯或其混合。
7.如权利要求1所述的电磁波屏蔽复合膜，其特征在于，其中所述石墨烯的平均厚度为0.2纳米至300纳米。
8.如权利要求1所述的电磁波屏蔽复合膜，其特征在于，其中所述导电填充材料的含量为所述入射层总重量的0.5至80重量百分比。
9.如权利要求1所述的电磁波屏蔽复合膜，其特征在于，其中所述入射层更包含一高分子材料，且所述导电填充材料披覆于所述高分子材料上或混掺于所述高分子材料中。
10.如权利要求9所述的电磁波屏蔽复合膜，其特征在于，其中所述高分子材料选自由聚烯亚胺(PI)、聚乙烯(PE)、环氧树脂(Epoxy)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、双马来醯亚胺(BMI) 及压克力系高分子所组群组中的至少一个。
11.如权利要求1所述的电磁波屏蔽复合膜，其特征在于，其中所述入射层的厚度为5微米至25微米。
12.如权利要求1所述的电磁波屏蔽复合膜，其特征在于，还包含：一离型膜，其设置于所述入射层的另一侧上，且所述入射层位于所述离型膜与所述吸波层之间。
13.如权利要求1所述的电磁波屏蔽复合膜，其特征在于，还包含：一绝缘层，其设置于所述反射层上，且所述反射层位于所述绝缘层与所述吸波层之间。
14.如权利要求13所述的电磁波屏蔽复合膜，其特征在于，还包含：一转写膜，其设置于所述绝缘层上，且所述绝缘层位于所述转写膜与所述反射层之间。
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