JP2004319533A - 複合磁性体 - Google Patents

Abstract

【課題】結着樹脂中に磁性粉体を分散させた複合磁性体であって、電磁波吸収特性、耐熱性、耐屈曲性に優れ、電磁干渉抑制体として好適な複合磁性体を提供すること。
【解決手段】エチルアクリレート含量が２５〜４５重量％のエチレン−エチルアクリレート共重合体からなる結着樹脂中に磁性粉末が分散されている複合磁性体。ポリイミドフィルム上に、該複合磁性体層が形成されている多層構造の複合磁性体。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単層または多層の複合磁性体に関し、さらに詳しくは、電磁波吸収特性を有し、電磁干渉を抑制するための電磁干渉抑制体として好適な複合磁性体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気・電子機器の分野において、不要な電磁気信号や雑音によって、電気・電子機器が起こす誤動作や正常機能の低下は、電磁障害（ＥＭＩ）または電磁妨害（ＥＭＤ）として重要な問題となっている。
【０００３】
電子回路が動作すると、意図するとしないとに関わらず、周囲に電磁界を生じて、電磁波を発生する。この電磁波は、自己の回路または他の電子機器に空間や配線などを介して結合し、誤動作の原因となる。また、自然界には、電波の利用による意図的な電磁波や自然現象に代表される非意図的な電磁波などの外来ノイズが常時発生している。
【０００４】
特に、電気・電子機器の高速デジタル化、高周波化が急速に進展するのに伴って、本来電磁エネルギーの放出を意図しない機器からも電磁的なノイズが放出され、それが他の機器に誤動作などの悪影響を及ぼすことが多くなっている。
【０００５】
そこで、電気・電子機器には、如何なるものに対しても許容できないような電磁妨害を与えないことと、その電磁環境下において満足に機能することができること、すなわち電磁両立性（ＥＭＣ）を有することが要求されるに至っている。今後、ＥＭＣ要求に適合しない電気・電子機器は、製造・販売ができなくなるとさえ言われている。
【０００６】
したがって、自己が発生する電磁界や外部からの電磁界を低減したり、外部からの電磁界に対する耐力を高めて、誤動作やノイズを防ぐことは、極めて重要な技術的課題となっている。
【０００７】
従来より、電気・電子機器において発生する不要電磁波の外部への漏洩や内部回路間での干渉、外部電磁波による誤動作などの影響を低減するために、電磁干渉抑制体が使用されている。電磁干渉抑制体は、一般に、結着樹脂中に磁性粉末を分散させた複合磁性体であり、シート状などの形態で用いられている。このような電磁干渉抑制体を、例えば、半導体素子または配線基板の配線間に配置することにより、電磁波障害の原因となる電磁結合、不要輻射、伝導ノイズを抑制することができる。
【０００８】
しかし、電磁干渉抑制機能と耐熱性を共に備えた電磁干渉抑制体を製造することは極めて困難な課題であった。一般に、高耐熱性のエンジニアリングプラスチックスは、電磁干渉抑制機能を得るために磁性粉末の充填量を多くすると、成形体が脆くなったり、柔軟性が損なわれ、満足できる電磁干渉抑制体を得ることが困難である。他方、耐熱性の低い熱可塑性樹脂の中には、磁性粉末の充填量を多くすることができるものがあるけれども、それにより得られる電磁干渉抑制体の耐熱性も不十分となる。
【０００９】
従来、結着樹脂として塩素化ポリエチレンを使用し、その中に偏平状の軟磁性粉末を分散してなる複合磁性体シートが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、塩素化ポリエチレンは、耐熱性が不十分であるため、該複合磁性体シートは、リフローはんだ付け時のリフロー炉での加熱により、局部的な粉化、ひび、割れなどが発生しやすい。そのため、耐熱性が低い複合磁性体シートを電磁干渉抑制体として塔載した電子部品などは、リフローはんだ付けを行うことができないか、リフローはんだ付け工程で劣化してしまう。基板へのチップ部品等の表面実装技術では、リフローはんだ付けが基本プロセスとなっており、電磁干渉抑制体の塔載をリフローはんだ付け後に行わなければならないことは、プロセス上の重要な欠点となる。
【００１０】
電磁波障害を抑制する電磁干渉抑制体を用いた電子部品において、該電磁干渉抑制体を半導体部品または配線基板に熱硬化性樹脂で被覆して固定する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２には、偏平状軟磁性粉末をポリウレタン樹脂からなる結着樹脂中に分散させた電磁干渉抑制体が開示されている。しかし、ポリウレタン樹脂を結着樹脂とする電磁干渉抑制体は、耐熱性が悪く、リフロー工程を通過させることができないものである。
【００１１】
そこで、特許文献２には、該電磁干渉抑制体を半導体部品の上面に塔載し、該電磁干渉抑制体を覆うように、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂を塗布し固定した後、２４０℃のはんだリフロー炉を通過させて、熱硬化性樹脂を硬化させ、それによって、電磁干渉抑制体を熱硬化性樹脂で完全に封じ込めて固定する方法が提案されている。特許文献２には、前記方法によれば、リフロー工程後でも、電磁干渉抑制体に変質や不具合が発生しなかったことが記載されている。
【００１２】
しかし、フェノール樹脂やエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂は、硬化後に硬い被覆層を形成するため、耐屈曲性が必要とされる部分や基板などには使用することができない。しかも、熱硬化性樹脂からなる被覆層は、その分だけ嵩張るため、薄型化や小型化の要請に反することになる。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−２４３６１５号公報 （第１頁、実施例）
【特許文献２】
特開平１１−３０７９８３号公報 （第１頁、実施例）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、結着樹脂中に磁性粉体を分散させた複合磁性体であって、電磁波吸収特性に優れ、結着樹脂が熱可塑性樹脂であるにもかかわらず耐熱性があり、耐リフロー性が良好であることに加えて、柔軟性があって耐屈曲性に優れ、電磁干渉抑制体として好適な複合磁性体を提供することにある。
【００１５】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究した結果、磁性粉末の結着樹脂として特定のエチレン−エチルアクリレート共重合体（以下、「ＥＥＡ」ということがある）を使用すると、耐熱性、耐屈曲性、電磁波吸収特性などに優れた複合磁性体の得られることを見出した。本発明の複合磁性体は、結着樹脂が熱可塑性樹脂であるにもかかわらず、耐はんだリフロー性が良好である。本発明の複合磁性体は、リフローはんだ付け後の表面平滑性や耐屈曲性に優れている。
【００１６】
また、この複合磁性体層を可撓性のあるポリイミドフィルム上に形成することにより、耐屈曲性や電磁波吸収特性を損なうことなく、耐熱性がさらに向上した多層構造の複合磁性体を得ることができる。本発明は、これらの知見に基づいて完成するに至ったものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、エチルアクリレート含量が２５〜４５重量％のエチレン−エチルアクリレート共重合体からなる結着樹脂中に磁性粉末が分散されている複合磁性体が提供される。
【００１８】
また、本発明によれば、ポリイミドフィルム上に、エチルアクリレート含量が２５〜４５重量％のエチレン−エチルアクリレート共重合体からなる結着樹脂中に磁性粉末が分散されている複合磁性体層が形成されている多層構造の複合磁性体が提供される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明で使用するエチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）は、柔軟性、耐衝撃性、耐薬品性、電気的特性、耐熱性、熱安定性などが良好で、腐食性のない熱可塑性樹脂である。本発明で用いるＥＥＡは、エチルアクリレート含量（エチルアクリレートの共重合割合；以下、「ＥＡ含量」という）が２５〜４５重量％の範囲内にあることが必要である。ＥＡ含量が少なすぎると、エチレン含量が多くなりすぎて、溶剤に対する溶解性が低下して、湿式法による複合磁性体の成形が困難になり、耐熱性も低下する。ＥＡ含量が４５重量％を超えるＥＥＡは、合成が困難である。耐屈曲性の観点からは、ＥＡ含量は３０重量％以上であることが好ましい。
【００２０】
磁性粉末としては、各種磁性材料を使用することができるが、それらの中でも軟磁性の金属系高透磁率磁性材料が好ましく、その具体例としては、Ｆｅ−Ｎｉ合金（パーマロイ）、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金（センダスト）、Ｃｏ−Ｆｅ合金、アモルファス合金、純鉄系（メタル粉、窒化鉄粉）などが挙げられる。これらの中でも、複合磁性体の実効透磁率の観点から、Ｆｅ−Ｎｉ合金、及びＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金が特に好ましい。
【００２１】
軟磁性粉末の形状は、球状、不定形、偏平状など任意であるが、偏平状であることがシート状複合磁性体での面内配向の観点から好ましい。偏平状軟磁性粉末は、磨砕処理などによる偏平化後に焼鈍処理して、応力歪みを除去したものが好ましい。偏平状軟磁性粉末のアスペクト比は、５以上であることが好ましい。
【００２２】
磁性粉末は、シラン系カップリング剤やチタネート系カップリング剤などのカップリング剤によって表面処理することができる。カップリング剤による表面処理によって、磁性粉末と結着樹脂との間の親和性が改善され、複合磁性体への水分の浸透を抑制し、高温高湿下での耐久性を向上させることができる。
【００２３】
ＥＥＡに対する磁性粉末の配合割合は、ＥＥＡ１００重量部に対して、好ましくは５００〜２０００重量部、より好ましくは７００〜１５００重量部である。磁性粉末の配合割合が過小であると、十分な電磁波吸収特性を得ることが困難になり、過大であると、成形性や耐屈曲性が低下しやすくなる。
【００２４】
本発明の複合磁性体は、例えば、ＥＥＡと磁性粉末とを溶融混練した樹脂組成物をロールなどによりシート状に成形する乾式法；磁性粉末、ＥＥＡ、及びＥＥＡを溶解する溶剤を混合し撹拌して、スラリー状溶液を形成し、この溶液を離型用フィルムなどの支持体上に流し、ドクターブレードにより塗布厚みを調整し、加熱乾燥する湿式法；などにより製造することができる。これらの中でも、湿式法によれば、偏平状軟磁性粉末を用いた場合に磁性粉末の配向度を高め、透磁率特性を向上させることができるので、特に好ましい。
【００２５】
本発明の複合磁性体の形状は、通常、シート状であるが、必要に応じて、その他の所望の形状に成形若しくは二次成形することができる。シート状複合磁性体の厚みは、好ましくは１０〜２００μｍ、より好ましくは２０〜１００μｍの範囲内である。
【００２６】
本発明の複合磁性体は、不要な電磁波の反射・散乱を抑制する特性、すなわち電磁波吸収特性を有している。電磁波吸収特性は、透磁率の複素成分μ”により評価することができる。本発明の複合磁性体の透磁率の複素成分μ”は、好ましくは４．５以上、より好ましくは５．０〜６．０の範囲内である。
【００２７】
本発明の複合磁性体は、はんだリフロー試験（２６０℃で１０秒間×２回）で一部に膨れが生じることがあるものの、リフロー工程に耐えるだけの耐熱性を有している。しかも、本発明の複合磁性体は、はんだリフロー試験後にも、非常に優れた耐屈曲性を示す。本発明の複合磁性体（単層品）は、はんだリフロー試験後に実施する耐屈曲性試験において、クラックが発生し破断するまでの屈曲回数が通常５０回以上、好ましくは８０回以上となる。さらに、本発明の複合磁性体は、結着樹脂が熱可塑性樹脂であるＥＥＡであるため、はんだリフロー試験後の表面平滑性に優れている。
【００２８】
本発明の複合磁性体は、耐熱性をさらに向上させるために、ポリイミドフィルムと多層化することが好ましい。ポリイミドフィルムは、耐熱性、可撓性、耐薬品性、難燃性、電気絶縁性などに優れたフィルムである。ポリイミドフィルム上に、ＥＡ含量が２５〜４５重量％のＥＥＡからなる結着樹脂中に磁性体粉末が分散された複合磁性体層を形成して、多層構造の複合磁性体とすることにより、リフローはんだ付け工程において、複合磁性体層がボイドや膨れを発生するのを防止することができる。
【００２９】
本発明の多層構造の複合磁性体は、はんだリフロー試験（２６０℃で１０秒間×２回）の結果、複合磁性体層が変化することがなく、極めて優れた耐熱性を示す。また、本発明の多層構造の複合磁性体は、単層品と同水準の優れた電磁波吸収特性を示す。
【００３０】
本発明の複合磁性体は、ポリイミドフィルムと多層化すると、耐屈曲性が低下傾向を示すが、ポリイミドフィルムの表面を予めプラズマ処理することにより、複合磁性体層との密着性が改善され、はんだリフロー試験後の耐屈曲性の低下を効果的に抑制することができる。
【００３１】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明についてより具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３２】
［実施例１］
エチレン−エチルアクリレート共重合樹脂（ＥＥＡ；ＥＡ含量＝３３重量％、三井デュポンポリケミカル製「Ａ７０９」）１００ｇを、重量比で１０倍量のトルエンに溶解した。得られた溶液に、厚さ約１μｍ、外径２０〜５０μｍの偏平状の鉄−ニッケル合金磁性粉末１，０５５ｇ、並びに酸化防止剤としてイルガノックス（登録商標）１０１０（チバスペシャリティケミカルズ社製）、スミライザーＭＢ（住友化学製）、及び亜鉛華３号（堺化学工業製）を合わせて２０ｇ加え、攪拌混合した。
【００３３】
離型用に厚み５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）を用意した。離型用ＰＥＴフィルム上に、前記で調製したスラリー状溶液を流し、ドクターブレードを用いて塗布厚みを調整した後、熱板７０℃上に載せて昇温し、最終温度が１４０℃に達する時点まで乾燥した。全厚みが９８μｍとなったので、磁性粉末を含有するＥＥＡ層の厚みは、４８μｍと計算される。その後、離型用ＰＥＴフィルムからＥＥＡ層を剥離した。このようにして、磁性粉末を含有するＥＥＡシート（複合磁性体）を得た。結果を表１に示す。
【００３４】
［実施例２］
離型用ＰＥＴフィルムに代えて、厚み２５μｍのポリイミドフィルム上に、実施例１と同様にして調製したスラリー状溶液を流し、ドクターブレードを用いて塗布厚みを調整した後、熱板７０℃上に載せて昇温し、最終温度が１４０℃に達する時点まで乾燥した。全厚みが７２μｍとなったので、磁性粉末を含有するＥＥＡ層の厚みは、４７μｍあると計算される。ポリイミドフィルムは、剥離することなく積層した状態とした。このようにして、ポリイミドフィルム上に磁性粉末を含有するＥＥＡシートが形成された多層シート（多層構造の複合磁性体）を得た。結果を表１に示す。
【００３５】
［実施例３］
実施例２において、ポリイミドフィルムとして、表面をプラズマ処理した厚み２５μｍのポリイミドフィルムを用いて、磁性粉末を含有するＥＥＡ層の厚みが４９μｍの多層シートを作製した。結果を表１に示す。
【００３６】
［実施例４］
ＥＡ含量が３３重量％のＥＥＡに代えて、ＥＡ含量が２５重量％のＥＥＡを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、磁性粉末を含有する厚み５１μｍのＥＥＡシートを作製した。結果を表１に示す。
【００３７】
［実施例５］
ＥＡ含量が３３重量％のＥＥＡに代えて、ＥＡ含量が２５重量％のＥＥＡを用いたこと以外は、実施例２と同様にして、ポリイミドフィルム上に磁性粉末を含有する厚み５３μｍのＥＥＡシートが形成された多層シートを作製した。結果を表１に示す。
【００３８】
［実施例６］
ＥＡ含量が３３重量％のＥＥＡに代えて、ＥＡ含量が２５重量％のＥＥＡを用いたこと以外は、実施例３と同様にして、プラズマ処理したポリイミドフィルム上に磁性粉末を含有する厚み４８μｍのＥＥＡシートが形成された多層シートを作製した。結果を表１に示す。
【００３９】
［比較例１］
ＥＡ含量が３３重量％のＥＥＡに代えて、ＥＡ含量が９重量％のＥＥＡを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、磁性粉末を含有する厚み５２μｍのＥＥＡシートを作製した。しかし、ＥＥＡシートは、脆く、満足できるものではなかった。結果を表１に示す。
【００４０】
［比較例２］
ＥＡ含量が３３重量％のＥＥＡに代えて、塩素化ポリエチレンを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、磁性粉末を含有する厚み５０μｍの塩素化ポリエチレンシートを作製した。結果を表１に示す。
【００４１】
＜物性の測定法＞
（１）電磁波吸収測定：
実施例及び比較例で得られたサンプルを内径３ｍｍ×外径７ｍｍのリング状に打ち抜き、ネットワークアナライザＨＰ８７２０Ｂ（アジレントテクノロジー社製）を用い、同軸導波管法により周波数２ＧＨｚでｓパラメータを採取した。このｓパラメータから、計算により得られる透磁率の複素成分μ”を得た。複素成分μ”は、大きいほど電磁波吸収性が良く、従来材は、５程度である。
【００４２】
次に、磁性粉末を含有するシート層に５０μｍ厚の粘着剤を貼り、更にプリント回路のカバーレイを模擬したポリイミドフィルム５０μｍを貼った試料を作製した。このようにして得られた積層試料を以下の試験に供した。
【００４３】
（２）はんだ耐熱性試験：
ＪＩＳ Ｃ−５０１２「プリント配線板試験方法」１０．４．１「はんだフロート法」に記載される方法により、はんだリフロー試験（２６０℃で１０秒間×２回）を実施した。老化の判定は、５ｃｍ長×０．５ｃｍ幅の試料を肉眼で観察し、局部的な粉化、ひび、割れがあるものはＣ、一部のみ膨れがあるものはＢ、特に変化していないものはＡと評価することにより行った。
【００４４】
（３）屈曲試験：
はんだリフロー試験を実施した試料をＪＩＳ Ｃ−５０１２「プリント配線板試験方法」８．６「耐屈曲性の試験方法」に準拠して、摺動耐屈曲性試験機を用いて破断するまでの届曲回数を測定した。この屈曲試験は、試料の屈曲半径が２．５ｍｍ、ストロークが２５ｍｍ、往復運動の速度が１秒間に２５サイクル（２５回）の条件で行った。
【００４５】
【表１】

【００４６】
表１から明らかなように、扁平状軟磁性粉末を高充填したＥＥＡシート及び該ＥＥＡシートとポリイミドフィルムとの多層シート（実施例１〜６）は、電磁波吸収特性に優れ、はんだリフロー試験に耐えるだけの優れた耐熱性を示し、はんだリフロー試験後の耐屈曲性にも優れている。
【００４７】
本発明の複合磁性体は、単層品（実施例１及び４）である場合に、はんだリフロー試験後の耐屈曲性が顕著に優れている。本発明の複合磁性体をポリイミドフィルムと多層化すると、耐熱性が改善されるものの、はんだリフロー試験後の耐屈曲性が低下する（実施例２および５）。しかし、プラズマ処理を行ったポリイミドフィルムを用いることにより、耐屈曲性の低下を抑制することができる（実施例３及び６）。
【００４８】
これに対して、ＥＡ含量が２５重量％未満のＥＥＡを用いた場合（比較例１）には、成形性が悪く、耐熱性も劣悪である。また、従来品である塩素化ポリエチレンを結着樹脂とする複合磁性体（比較例２）は、電磁波吸収特性に優れるものの、耐熱性が悪く、はんだリフロー試験に耐えることができない。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、結着樹脂中に磁性粉体を分散させた複合磁性体であって、電磁波吸収特性、耐熱性、耐屈曲性に優れ、電磁干渉抑制体として好適な複合磁性体が提供される。本発明の複合磁性体は、電気・電子機器の分野において、電磁干渉抑制体として使用することができる。また、本発明のシート状の複合磁性体は、移動通信機器類のフラットケーブルに貼り付ける電磁波吸収フィルムなどのように、頻繁に屈曲される使用形態でも十分使用することができる。

Claims (3)

1. エチルアクリレート含量が２５〜４５重量％のエチレン−エチルアクリレート共重合体からなる結着樹脂中に磁性粉末が分散されている複合磁性体。
2. ポリイミドフィルム上に、エチルアクリレート含量が２５〜４５重量％のエチレン−エチルアクリレート共重合体からなる結着樹脂中に磁性粉末が分散されている複合磁性体層が形成されている多層構造の複合磁性体。
3. ポリイミドフィルムが、その表面をプラズマ処理されたものであり、かつ、プラズマ処理面に複合磁性体層が形成されている請求項２記載の複合磁性体。