JP2018056557A - 電磁シールド用シート及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】適度な厚みと弾性を備えながら所望の周波数帯において大きな遮蔽量を有する電磁シールド用シートを供することを目的とする。【解決手段】導電性カーボンと、軟磁性粉末と、前記導電性カーボン及び前記軟磁性粉末を含むフィラーが混合される樹脂からなる母材とを含むことを特徴とする電磁シールド用シートであり、導電性カーボンは中空シェル構造を備える粒状の導電性カーボンブラック、繊維状カーボン、黒鉛又はグラファイト繊維である。【選択図】図１
Description
本開示は、電磁シールド用シートに関する。より詳細には本開示は、柔軟性を保持しつつ、回路基板の上に実装される電子部品から発生する電磁波を遮蔽（シールド）する電磁シールド用シートに関する。
本開示の技術分野に属する電磁シールド用シートの例には、特許文献１乃至７に記載されているような積層構造を有するものが知られている。そのような電磁シールド用シートは、例えば、回路基板とその回路基板上に実装されるコネクタとの間に生ずる間隙に挟みこまれるように配置されて使用される。その際、回路基板と電磁シールド用シートとの間、及び、電磁シールド用シートとコネクタとの間の間隙に空隙を生じないよう密着性・追従性を高めるために、適度な厚みと弾性を備えることが望ましい。また、一般に、電磁シールド用シートの遮蔽特性として、周波数が１０乃至４０ＧＨｚ帯において遮蔽量が大きいことが望ましいとされる。
本開示は、適度な厚みと弾性を備えながら所望の周波数帯において大きな遮蔽量を有する電磁シールド用シートを供することを目的とする。
本開示による電磁シールド用シートは、導電性カーボンと、軟磁性粉末と、前記導電性カーボン及び前記軟磁性粉末を含むフィラーが混合される、樹脂からなる母材とを含むことを特徴とする。
本開示による電磁シールド用シートの製造方法は、導電性カーボンと軟磁性粉末とを混合してフィラーを生成する工程、及び、前記フィラーを樹脂からなる母材に混合する工程、を含むことを特徴とする。
本願発明者は、電磁シールド用シートの適度な厚みと弾性を備え、かつ、左記（１０乃至４０ＧＨｚ）の周波数帯において、遮蔽量が５ｄＢ以上である電磁シールド用シートを実現させた。
本開示による電磁シールド用シートは、導電性カーボンと軟磁性粉末とを混合した導電・磁性フィラーと、前記導電・磁性フィラーを樹脂からなる母材（マトリックス）に混合し形成される。
前記導電性カーボンは、導電性カーボンブラックや繊維状カーボン、黒鉛、グラファイト繊維等を含んでよい。また、例えば、前記導電性カーボンブラックは、顆粒状のものや粉末状のものでもあってもよいし、中空シェル構造を備える粒状のものであってもよい。さらに、前記導電性カーボンブラックは、粒径２０乃至６０ｎｍ、ＢＥＴ法比表面積３０乃至１３００ｍ２／ｇの粒子構造を備える。本開示では、前記導電性カーボンブラックを説明するため、前記中空シェル構造を備える粒状の高導電性カーボン（たとえば、ケッチェンブラック（登録商標））が用いられる。なお前記高導電性カーボンは、粒径３０乃至４０ｎｍ、ＢＥＴ法比表面積７００乃至１３００ｍ２／ｇの中空シェル構造を備えるものでもよい。
前記軟磁性粉末は、マグネタイト（磁鉄鋼）、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、スピネルフェライト等フェライト、又は、センダスト、ケイ素鋼、鉄若しくはカルボニル鉄等を含んでよい。また、それら粉末の形状は、球状、顆粒状、扁平状等いかなる形状であってもよいが、本開示では、前記軟磁性粉末を説明するために粒状のカルボニル鉄粉が用いられる。なお、金属系の軟磁性粉末を使用する場合、粉末の腐食を防止するため、リン酸系表面処理をしてもよく、シランカップリング材で表面処理してもよい。
前記母材は、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ウレンタン系熱可塑性エラストマー、シリコーン系エラストマー等を含んでよい。本開示では、前記母材を説明するためにシリコーン系エラストマーが用いられる。なお、最適なシートの厚さは、前記の用途を考慮すると、２００乃至１，０００μｍ（マイクロメートル）が好適であるが、シリコーン系エラストマーを使用した場合、約２５０μｍの厚さが、密着性・追従性、作業性ともに良好であった。そのため、本開示での当該電磁シールド用シートの厚さは、２５０μｍのシートであるものとして説明する。なお、当該シートの厚さは、用途に合わせて適宜変更されてもよい。
図１は、実施例(Case)１乃至５および比較例(Ref)１および２に関する各材料の配合を表す体積比率(vol%)及び遮蔽特性(shielding property)を示している。図１に示された遮蔽特性は、同軸導波管法（周波数１０ＧＨｚの場合）や自由空間測定法（周波数２０から４０ＧＨｚの場合）を用いて測定した遮蔽量を表している。図中、遮蔽量が５ｄＢ以上のときには、良好な遮蔽特性であることを示す○が記載され、遮蔽量が５ｄＢ近傍のときには、中程度の遮蔽特性であることを示す△が記載され、かつ、遮蔽量が５ｄＢ未満のときには、望ましくない遮蔽特性であることを示す×が記載されている。
電磁シールド用シートは、導電性カーボン(electrically conductive carbon)である高導電性カーボンを体積比率０乃至１１．０体積％と軟磁性粉末としてのカルボニル鉄(carbonyl iron powder)を体積比率２３体積％とを混合することで導電・磁性フィラー(magnetic and conductive filler)を生成し、前記導電・磁性フィラーを母材である約６５乃至８０体積％のシリコーン系エラストマー(Silicone elastomer)に混合したものをキャリアフィルムに塗布することによって製造された。なお、必要に応じて、電磁シールド用シートに、難燃剤や酸化防止剤などの添加物が適宜添加されてもよい。また、図２に示されるように、本開示の電磁シールド用シートの構造は、たとえば、扁平状のシートであってよい。
次に、本開示の実施例１乃至４においては、カルボニル鉄粉の体積比率は２３体積％に固定され、高導電性カーボンとシリコーン系エラストマーの体積比率を変えて電磁シールド用シートが製造された。次に電磁シールド用シート遮蔽量を測定して得られた遮蔽特性の判定結果について説明する。
［実施例１］
５．５体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを７１．５体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。
５．５体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを７１．５体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。
［実施例２］
５．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを７２．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。
５．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを７２．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。
［実施例３］
４．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを７３．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。
４．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを７３．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。
［実施例４］
高導電性カーボンを混合せず、カルボニル鉄粉のみの磁性フィラーを７７．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて所望の遮蔽特性を満たさなかった。すなわち本実施例に係る電磁シールド用シートの遮蔽量は、１０乃至４０ＧＨｚにおいて５ｄＢ未満であった。
高導電性カーボンを混合せず、カルボニル鉄粉のみの磁性フィラーを７７．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて所望の遮蔽特性を満たさなかった。すなわち本実施例に係る電磁シールド用シートの遮蔽量は、１０乃至４０ＧＨｚにおいて５ｄＢ未満であった。
［実施例５］
１１．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを６６．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートでは、高導電性カーボンがシリコーン系エラストマーに均一に分散しなかった。そのため、本実施例の高導電性カーボンと、カルボニル鉄と、シリコーン系エラストマーとの体積比は本開示の電磁シールド用シートの製造に適さないことが確認された。なお、このシートの遮蔽特性は判定されていないため、表１は空欄となっている。
１１．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを６６．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートでは、高導電性カーボンがシリコーン系エラストマーに均一に分散しなかった。そのため、本実施例の高導電性カーボンと、カルボニル鉄と、シリコーン系エラストマーとの体積比は本開示の電磁シールド用シートの製造に適さないことが確認された。なお、このシートの遮蔽特性は判定されていないため、表１は空欄となっている。
［比較例１］
高導電性カーボンを混合せず、カルボニル鉄粉のみの磁性フィラー５５体積％を４５体積％シリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、３０と４０ＧＨｚでは良好な遮蔽特性を満たしたものの、１０と２０ＧＨｚにおいては所望の遮蔽特性を満たさなかった。
高導電性カーボンを混合せず、カルボニル鉄粉のみの磁性フィラー５５体積％を４５体積％シリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、３０と４０ＧＨｚでは良好な遮蔽特性を満たしたものの、１０と２０ＧＨｚにおいては所望の遮蔽特性を満たさなかった。
［比較例２］
同様の測定を銅板にて行ったところ、当然ながら、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。ただし、銅板はエラストマーと比較して弾性がなく、また、比重も高いため、現実的に前記のような用途例には適さないことは、容易に理解できるであろう。
同様の測定を銅板にて行ったところ、当然ながら、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。ただし、銅板はエラストマーと比較して弾性がなく、また、比重も高いため、現実的に前記のような用途例には適さないことは、容易に理解できるであろう。
図２は、実施例６乃至１５および比較例３および４に関する各材料の配合を表す体積比率及び遮蔽特性を示している。図２に示された遮蔽特性は、同軸導波管法（周波数１０ＧＨｚの場合）や自由空間測定法（周波数２０から４０ＧＨｚの場合）を用いて測定した遮蔽量を表している。図中、遮蔽量が５ｄＢ以上のときには、良好な遮蔽特性であることを示す○が記載され、遮蔽量が５ｄＢ近傍のときには、中程度の遮蔽特性であることを示す△が記載され、かつ、遮蔽量が５ｄＢ未満のときには、望ましくない遮蔽特性であることを示す×が記載されている。
［実施例６］
１０．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを６７．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。
１０．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを６７．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。
［実施例７］
６．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを７１．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。
６．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを７１．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。
［実施例８］
３．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを７４．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。
３．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを７４．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。
［実施例９］
６．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを７１．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。
６．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを７１．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。
［実施例１０］
１０．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを５５．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。なお本実施例では、３５体積％のカルボニル鉄粉が混合された。
１０．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを５５．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。なお本実施例では、３５体積％のカルボニル鉄粉が混合された。
［実施例１１］
６．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを５９．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。なお本実施例では、３５体積％のカルボニル鉄粉が混合された。
６．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを５９．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。なお本実施例では、３５体積％のカルボニル鉄粉が混合された。
［実施例１２］
３．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを５８．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。なお本実施例では、３５体積％のカルボニル鉄粉が混合された。
３．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを５８．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。なお本実施例では、３５体積％のカルボニル鉄粉が混合された。
［実施例１３］
１０．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを７５．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。なお本実施例では、１５体積％のカルボニル鉄粉が混合された。
１０．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを７５．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。なお本実施例では、１５体積％のカルボニル鉄粉が混合された。
［実施例１４］
６．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを７９．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。なお本実施例では、１５体積％のカルボニル鉄粉が混合された。
６．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを７９．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。なお本実施例では、１５体積％のカルボニル鉄粉が混合された。
［実施例１５］
３．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを８０．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至２０ＧＨｚにおいて所望の特性を満たさなかった。なお本実施例では、１５体積％のカルボニル鉄粉が混合された。
３．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを８０．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至２０ＧＨｚにおいて所望の特性を満たさなかった。なお本実施例では、１５体積％のカルボニル鉄粉が混合された。
［比較例３］
３．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを８７．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０ＧＨｚにおいて所望の特性を満たさなかった。なお本実施例では、１０体積％のカルボニル鉄粉が混合された。
３．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを８７．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０ＧＨｚにおいて所望の特性を満たさなかった。なお本実施例では、１０体積％のカルボニル鉄粉が混合された。
［比較例４］
１１．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを５７．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。しかし本実施例に係る電磁シールド用シートの伸び率は５０％未満であり、かつ、破断強度は２．０ＭＰａ未満であった。なお本実施例では、４０体積％のカルボニル鉄粉が混合された。
１１．０体積％の高導電性カーボンを混合した導電・磁性フィラーを５７．０体積％のシリコーン系エラストマーに混合した電磁シールド用シートは、１０乃至４０ＧＨｚにおいて良好な特性を示した。しかし本実施例に係る電磁シールド用シートの伸び率は５０％未満であり、かつ、破断強度は２．０ＭＰａ未満であった。なお本実施例では、４０体積％のカルボニル鉄粉が混合された。
なお、実施例１乃至４及び比較例１の電磁シールド用シートを二つ折りし、その折り目の亀裂発生の有無を観察する簡易的な曲げ試験を行った結果、実施例１乃至４の折り目には亀裂は確認されなかったが、比較例１の折り目には亀裂が観察された。これは、比較例１のカルボニル鉄粉の体積比率が実施例１乃至４のカルボニル鉄粉の体積比率と比較して、比較例１のシートの弾性が低下したと考えられる。
以上より、弾性を有しながら、用途に適したシートの厚みを選択可能にし、かつ、１０乃至４０ＧＨｚの周波数帯において、軟磁性鉄粉を２３体積％とした場合、遮蔽量が５ｄＢ以上である電磁シールド用シートを得るためには、導電性カーボンの体積比率は、３乃至１０体積％を混合することが好ましい可能性を導き出した。
なお、本開示の用途例や材料、シート構造、周波数範囲等は、一例にすぎず、本開示の主旨を保った適宜変更であって当業者が容易に想到し得るものは本発明の範囲に含まれる。図面で示す各部の幅、厚さ及び形状等は模式的に表されており、本開示の解釈を限定するものではない。
Claims (8)
- 導電性カーボンと、
軟磁性粉末と、
前記導電性カーボン及び前記軟磁性粉末を含むフィラーが混合される、樹脂からなる母材と、
を含むことを特徴とする電磁シールド用シート。 - 請求項１に記載の電磁シールド用シートにおいて、
前記導電性カーボンは導電性カーボンブラック、繊維状カーボン、黒鉛又はグラファイト繊維である、
ことを特徴とする電磁シールド用シート。 - 請求項２に記載の電磁シールド用シートにおいて、
前記導電性カーボンブラックは中空シェル構造を備える粒状の導電性カーボンブラックである、
ことを特徴とする電磁シールド用シート。 - 請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁シールド用シートにおいて、
前記軟磁性粉末は球状、顆粒状又は扁平状である、
ことを特徴とする電磁シールド用シート。 - 請求項１に記載の電磁シールド用シートにおいて、
前記軟磁性粉末はマグネタイト、フェライト、センダスト、ケイ素鋼、鉄又はカルボニル鉄である、
ことを特徴とする電磁シールド用シート。 - 請求項１乃至５のいずれかに記載の電磁シールド用シートにおいて、
前記導電性カーボンは、４．０乃至５．５体積％であり、
前記軟磁性粉末は、２３体積％である、
ことを特徴とする電磁シールド用シート。 - 請求項１乃至５のいずれかに記載の電磁シールド用シートにおいて、
前記導電性カーボンは、２．０乃至１０．０体積％であり、
前記軟磁性粉末は、１５．０乃至４０．０体積％である、
ことを特徴とする電磁シールド用シート。 - 導電性カーボンと軟磁性粉末とを混合してフィラーを生成する工程、及び、
前記フィラーを樹脂からなる母材に混合する工程、
を含むことを特徴とする電磁シールド用シートの製造方法。
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