JP2005510070A

JP2005510070A - 電磁波低減材料および低減方法

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Publication number: JP2005510070A
Application number: JP2003545091A
Authority: JP
Inventors: トーマスウィリアムハーパー; ケネスジェラルドパットン; デビッドジュリアンラックス; コリントーマスメットカルフェ
Original assignee: アイディーエーイーエムシーリミテッド
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2005-04-14
Also published as: US20050079353A1; GB0127320D0; ZA200403651B; EP1457102A1; CN1586099A; WO2003043399A1; EA006290B1; IL161923A0; KR20040068138A; EA200400678A1; CA2467297A1

Abstract

【課題】
大きい空間および小さい空間の両者および電子部品または回路にも適用できる電磁波遮蔽技術を提供することにある。
【解決手段】
２０重量％以上の強磁性体含有量および２０重量％以上のシリカ含有量を有するパウダーを有し、該パウダーが導電性金属材料でコーティングされていることを特徴とするプラスチック材料およびエラストマー材料の充填剤。充填剤は電磁波の遮蔽を行なうように設計されている。

Description

本発明は、遮蔽により電磁波を低減させる技術に関する。

現代社会での電磁波の増大する普及および侵入は、電子機器間およびマイクロ電子デバイス間の干渉を増大させ、セキュリティの低下およびデバイス間の干渉をもたらし、かつ健康障害を与えている。このため、遮蔽は、侵入する電磁波および漏洩する電磁波の両者に要求される。一般に、部屋全体のような大きい空間は、ファラデーケージにより、または空間の周囲の接地された金属スクリーンからなる遮蔽体により遮蔽される。これらは、重く、高価でかつ設置が困難である。一般に、囲いのような小さい空間は、アルミニウム、スチールまたは金属コーティングされたプラスチックで遮蔽されるが、これらは重く、成形が困難で、損傷に対して弱いか、高価である。

本発明の一目的は、大きい空間および小さい空間の両者および電子部品または回路にも適用できる電磁波遮蔽技術を提供することにある。
本発明の他の目的については後述する。

本発明の一態様によれば、２０重量％以上の強磁性体含有量および２０重量％以上のシリカ含有量を有するパウダーを有し、該パウダーが導電性金属材料でコーティングされていることを特徴とするプラスチック材料およびエラストマー材料の充填剤（フィラー）が提供される。

本発明の充填剤は、プラスチックまたはエラストマー材料に使用して、非常に効果的な遮蔽形態を提供する。

本発明の遮蔽効果は、本発明の薄い材料で、電磁波伝播の高い減衰性をもつ遮蔽が得られるということである。例えば、約４ｍｍの厚さをもつ配合材料は、数ＧＨｚの周波数まで、電磁波の９０ｄＢ低減を達成している。材料がシート形態で与えられる場合には、このシートを、既存の構造体に単に取付けて適当な接着剤で固定するだけで、大きい面積の天井および壁を覆うことができる。

ポリマーまたはエラストマー材料には、５０重量％以上の割合でパウダーが配合される。

マイクロチップのような小さいコンポーネンツを遮蔽する場合には、本発明の遮蔽が、パッケージングの形態をなすマイクロチップにも容易に適用できることが判明している。驚くべきことに、パッケージ内でのマイクロチップへのワイヤ間の電気伝導度は無視できることが判明している。

また、マイクロチップのパッケージ内に本発明の材料を使用すると、熱放散が改善されると思われることも判明している。本発明がパッケージの電子回路に使用されるとき、同様な挙動が適用できる。

パウダー状酸化物はＩＤＡ２０００パウダーの形態で便利に提供される。ＩＤＡ２０００パウダーは本件出願人および譲受人の会社が所有権を有するパウダー製品であり、約２．０重量％のＣａＯ、２５〜５０重量％のＳｉＯ_２、１．１重量％のＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３またはＦｅ_３Ｏ_４、１．３５重量％のＺｎＯ、１．７重量％のＳＣ_３、およびＭｎＯ、Ｋ_２Ｏ、ＰｂＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３および／またはＴｉＯ_２等の少量（１重量％以下）の酸化物を有する。ＩＤＡ２０００は、トランスファ成形プラスチックパッケージに使用される充填剤用の他の有効成分を有する酸化物、磁気および電気材料の健康的分布を含んでいる。幾分かのイオン結合材料が存在するが、これらは、これらの酸化物内で無害化される。ハロゲン化物は存在しない。ＩＤＡ２０００を使用すると、１〜８ＭｅＶの範囲内のエネルギで１０００時間に亘って、バックグラウンドを超えるα粒子放出レベルは全く検出されない。圧縮されたとき、ＩＤＡ２０００の測定された電気伝導度は数メガオームである。充填剤として使用されるとき、ＩＤＡ２０００は、７０〜９５重量％の濃度で非圧縮形態で分散され、これにより、ほぼ１０^９オームの電気伝導度が得られる。ＩＤＡ２０００の膨張係数は、トランスファ成形されるマイクロ電子パッケージに現在要求されている１５×１０^６の最大値よりかなり小さいことが判明している。

本発明の他の目的は、容易にめっきできる成形可能なプラスチック製品を提供することにある。

本発明の他の態様は、めっきできる本発明の充填剤を使用するプラスチックまたはエラストマー材料の製品である。

本件出願人から得られるＩＤＡ２０００は、工業過程での老廃物であり、従って経済的に使用できる。

以下、添付図面およびグラフを参照して、本発明の実施形態を説明する。

下記表１に示すように、種々の重量％をもつ幾つかの例において、銅でコーティングされたMyraniteパウダーを用いて形成された遮蔽体が、１３３ｍｍの直径および約４ｍｍの厚さのディスクに圧縮され、図１の試験装置内に装填された。

サンプリングされたMyraniteは約２５重量％以上の鉄を含有することが判明しているが、２０重量％程度に低下させることもできる。また、［Ni（ｅｎ）_２］_３［Ｆｅ（ＣＮ）_６］_２・２Ｈ_２Ｏ等の他の強磁性体で鉄含有量の少なくとも一部を形成できる。シリカ含有量は２０重量％程度に低下できる。

次に、図１の装置に、図４の試験機が接続された。信号発生器（Rohde L
Schwarz SMC RF信号発生器）により、各試験周波数で０ｄＢｍ振幅の非変調信号を発生させた。図８に示すように、周波数範囲は１〜１０００ＭＨｚである。同軸キャビティを通る信号のレベルは、Hewlett
Packard HP8526Aスペクトル分析器により測定し、データを記憶した。測定器はＡＳＴＭ D ４９３５に準拠している。

１層または２層の金属層で適宜コーティングされた表１のMyraniteパウダーは、一般に、約３．５ｇ／ｍｌの密度を有し、かつ数千時間に亘って試験したとき、１〜８MｅＶのα粒子放出の測定閾値より低いことが判明した。

試験サンプルは、コーティングされたMyraniteパウダー形成された。１〜２ミクロンおよび２〜３ミクロンの厚さのコーティングは銅であるが、例えばクロム、ニッケル、アルミニウム、亜鉛、ネオジム、金、銀およびストロンチウムフェライト等の他のコーティングを使用することができる。コーティングは、非コーティングパウダーと比較して、遮蔽性能を顕著に改善している。コーティングは、ドライブレンディング法、プラズマコーティング、電解めっきまたは無電解めっきにより多層に形成される。

Myraniteパウダーは、熱処理し、かつ少なくとも９２重量％までポリマー、樹脂およびエラストマーで配合しかつコールドブレンドすることができる。試験されたサンプルは５０〜９２重量％である。試験サンプルの粒子サイズは１０〜１８０ミクロンである。

図８に示す一般的な試験結果は、図２の４ｍｍ試験サンプルでは、１５０ＭＨｚより僅かに低い周波数で４０ｄＢ、３５０〜１０００ＭＨｚで５０ｄＢ以上の電磁波放出を低減できる結果が得られたことを示している。試験したサンプルは、携帯電話の電子コンポーネンツからの電磁波放出に極めて有効であると考察できる。

遮蔽コストを低減させるため、および／またはより低い効率でも許容できる場合には、本発明のパウダー材料は、非コーティングフェロシリケートと混合することができる。

本発明による高性能射出成形コンポーネンツを製造するトライアルに使用した典型的なMyranite配合物は、
１５％の樹脂
８％の硬化剤
１．５％の臭素化有機難燃剤
０．１〜０．２％の促進剤
０．３％のカップリング剤
０．１５％の離型剤
０．１５％のカーボンブラック顔料
７４％の銅コーティングされたMyraniteパウダー
である。

成功を収めたトライアルに使用されたMyraniteパウダーは、一般に、粒子サイズが２００ミクロンより小さく、４つのパウダーサイズ（０〜５０、５０〜１００、１００〜１５０、および１５０ミクロン以上）に分けられた。トライアルにより、Myraniteパウダーは、層間剥離を引起こす傾向がない充填剤として首尾良く機能することが実証された。Myranite配合物は、マイクロパッケージング（図６参照）および風防ガラスのワイパーモータハウジングに使用され、マイクロ回路および自動車コンポーネンツにとって高性能であることを示した。Myranite充填剤は、７０〜８０重量％にすることができる。

トライアルを受けたマイクロパッケージング用途では、表面実装型パッケージ（Quad
Flat Pack：ＱＦＰ）を形成すべく集積回路チップが上記と同様なMyranite配合物内に封入され、かつ慣用のシリカ充填剤（Dexter Hysol配合物）を用いた標準ＱＦＰと比較された。本発明によるMyraniteQFPは、高加速型応力試験（highly accelerated stress test：ＨＡＳＴ）チャンバ内で、１０８℃の温度および９０％の相対湿度（relative humidity：ＲＨ）で２４０時間（これは、温暖気候での４０年間使用に相当する）試験された。２４０時間後に、MyraniteＱＦＰには全く障害は見られなかった。電気的性能は、標準ＱＦＰ内の標準ＩＣとほぼ同一であることが判明している。

Myraniteパウダーのコーティングが不充分なサンプルに付随する初期問題に関し、上記Myranite配合物により提供される電磁波（electromagnetic：EM）遮蔽は、極めて有効であるであることを証明した。例えば、サンプル３２５（Teesideサンプル２）およびサンプル３２６（Teesideサンプル３）についての図９および図１０を参照されたい。これは、既知の標準Dexter
Hysol配合物を使用している図１１に示すサンプル３２７（Teesideサンプル４）と比較されたい。

Myranite配合物を配合するときに、コーティングされたMyraniteパウダーから銅を剥離することがある剪断効果を回避するための注意がなされ、かつトライアルによれば、EM遮蔽効果の低下を回避するためにはミルローラに大きいギャップを設定すべきことが証明された。

トライアルの完了時に、Myraniteは、マイクロ電子パッケージングのトランスファ成形を行う配合物中の、殆ど全ての点に関し理想的な低コスト充填剤であることが判明した。Myraniteは、電気的に、物理的に、化学的に、機械的にかつ放射線的に優れた解決を提供する。またMyraniteは配合性および成形性に優れ、かつ均一に分散する。Myraniteが充填された配合物のみによってトランスファ成形されたコンポーネンツは、標準樹脂からなるコンポーネンツに匹敵する量の層間剥離が見られた。最終試験の結果として、試験に使用された標準マイクロ電子デバイスにいかなる短絡をも引起こすことなく全スペクトルに亘って９０ｄＢという大きいＥＭ遮蔽が得られた。

風防ガラス用ワイパー（図１２）の電気モータハウジングについてのトライアルは、トライアルチームにプレッシャが加えられるため省略すべきである。しかしながら、最初に指摘すべきは、Myranite配合物は、その優れたＥＭ遮蔽（EM shielding：ＥＭＳ）性能とは別に特に適したものである。なぜならば、モータステータをMyranite配合物ケーシングに直接的に成形できるため、金属キャニングの必要性がなくなるからである。また、遮蔽材料がケーシングの全体を形成しているため、ケーシングの外面にスクラッチングその他の損傷が生じても、そのＥＭＳ性能に影響を与えない。

Myranite配合物についての初期試験によれば、反射または装飾目的で金属めっきするのに適していることが証明されている。図１２に示したケーシングよりも大型のケーシングに使用するとき、Myranite配合物の機械的特性は非常に魅力的な材料であると考えられる。

エラストマー材料中に含まれるMyraniteについてのトライアルは本件出願人により行なわれているが、未だ完了はしていない。

本発明による遮蔽体のサンプルが装填された同軸キャビティ試験装置を示す縦断面図である。図１の試験装置内に装填して測定を行なうための本発明による遮蔽体のサンプルを示す横断面図である。図１の試験装置内に装填しないで測定を行なうための遮蔽体のサンプルを示す横断面図である。図１の試験装置を用いた試験設備を示すブロック図である。本発明により遮蔽された電子回路を封入する典型的なボックスを示す図面である。本発明による典型的な半導体パッケージを示す図面である。本発明による遮蔽されたケーブルを示す横断面図である。図１〜図４の試験装置および試験設備を用いた一般的な試験結果での本発明による遮蔽体の遮蔽効果を示すグラフである。本発明による１〜２ミクロンの銅コーティングされたMyraniteパウダー充填剤を用いた遮蔽効果を示すグラフである。本発明による２〜３ミクロンの銅コーティングされたMyraniteパウダー充填剤を用いた遮蔽効果を示すグラフである。図９および図１０に示した試験と比較して、既知の標準充填剤を用いた遮蔽効果を示すグラフである。本発明によるプラスチック材料で形成された風防ガラス用ワイパモータを示す図面である。

Claims

２０重量％以上の強磁性体含有量および２０重量％以上のシリカ含有量を有するパウダーを有し、該パウダーが導電性金属材料でコーティングされていることを特徴とするプラスチック材料およびエラストマー材料の充填剤。
前記強磁性体はＦｅＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃またはＦｅ₃Ｏ₄であることを特徴とする請求項１記載の充填剤。
前記強磁性体含有量は２５〜５０重量％であることを特徴とする請求項１または２記載の充填剤。
前記シリカ含有量は２５〜５０重量％であることを特徴とする請求項１または３記載の充填剤。
前記パウダーの粒子サイズは約２００ミクロン以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の充填剤。
前記導電性金属材料は銅、ニッケルまたはクロムであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の充填剤。
前記導電性金属材料のコーティングの厚さは０．５〜４ミクロンであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の充填剤。
少なくとも樹脂と、硬化剤と、請求項１〜７のいずれか１項記載の５０〜９２重量％の充填剤とを有することを特徴とする成形に適したプラスチック材料。
前記充填剤含有量は７０〜８０重量％であることを特徴とする請求項８記載のプラスチック材料。
請求項１〜７のいずれか１項記載の充填剤を有することを特徴とするエラストマー材料。
請求項８〜１０のいずれか１項記載の材料内に遮蔽され、パッケージされまたは封入されていることを特徴とする電気または電子コンポーネント。
集積チップであることを特徴とする請求項１１記載のコンポーネント。
電気モータであることを特徴とする請求項１１記載のコンポーネント。
請求項１〜１３のいずれか１項記載の充填剤と実質的に同じであることを特徴とする充填剤。
請求項１〜１４のいずれか１項記載のプラスチックまたはエラストマ材料と実質的に同じであることを特徴とするプラスチックまたはエラストマー材料。
明細書で説明しおよび／または添付図面を参照して説明したものと実質的に同じであることを特徴とする電気または電子コンポーネント。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の充填剤を少なくとも樹脂または硬化剤に配合しかつ得られた配合物を成形することにより製品を形成することを特徴とする方法。
成形された配合物をめっきする段階を更に有することを特徴とする請求項１７記載の製品の形成方法。
明細書で説明したものと実質的に同じであることを特徴とする製品の形成方法。