JP2023162768A - ミリ波吸収体および積層体 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)本開示の一形態によれば、ミリ波帯域の電磁波を吸収するミリ波吸収体が提供される。このミリ波吸収体は、カーボンブラックと、α-アルミナと、シリコーン樹脂と、を備える。
この形態のミリ波吸収体によれば、ミリ波吸収体を比較的軽量にしつつ、高い電磁波吸収能と高い絶縁破壊強さと良好な熱伝導性とを実現することができる。
(2)上記形態のミリ波吸収体において、前記カーボンブラックの含有率が10~50wt%であることとしてもよい。このような構成とすれば、ミリ波吸収体の電磁波吸収能を確保することが容易になる。
(3)上記形態のミリ波吸収体において、前記α-アルミナの含有率が10~70wt%であることとしてもよい。このような構成とすれば、ミリ波吸収体の絶縁破壊強さおよび熱伝導率を確保することが容易になる。
(4)上記形態のミリ波吸収体において、前記シリコーン樹脂の含有率が10wt%以上であることとしてもよい。このような構成とすれば、ミリ波吸収体のヤング率を抑えると共に伸び率を大きくすることが容易になる。
(5)上記形態のミリ波吸収体において、ヤング率が10MPa以下であり、かつ、室温での伸び率が20%以上であることとしてもよい。このような構成とすれば、ミリ波吸収体の柔軟性や可撓性を高めることができるため、ミリ波吸収体を曲げるなどにより、任意の形状の部材表面にミリ波吸収体を配置することが容易になる。
(6)上記形態のミリ波吸収体において、絶縁破壊強さが100V/mm以上であることとしてもよい。このような構成とすれば、電気配線等の近傍であっても、絶縁破壊を抑えつつミリ波吸収体を使用することが可能になる。
(7)上記形態のミリ波吸収体において、20~100GHzの電磁波に対して、10dB以上の反射減衰量を示すこととしてもよい。このような構成とすれば、ミリ波吸収体としての良好な性能を確保することができる。
(8)本開示の他の一形態によれば、積層体が提供される。この積層体は、シート状に形成された(1)から(7)までのいずれか一項に記載のミリ波吸収体と、前記ミリ波吸収体の一方の面に接して設けられ、前記電磁波吸収層を透過した電磁波を反射する反射層と、を備える。
この形態の積層体によれば、反射層に起因するミリ波の乱反射を抑えつつ、ミリ波吸収体におけるミリ波の透過を遮断することができる。
本開示は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、ミリ波吸収シート、ミリ波吸収体の製造方法、ミリ波吸収体を備える筐体、電子機器における望ましくない電磁波の放出や侵入の防止方法、などの形態で実現することが可能である。
図1は、第1実施形態におけるミリ波吸収体10の概略構成を表す断面模式図である。ミリ波吸収体10は、カーボンブラック12と、アルミナ14と、シリコーン樹脂16と、を備える。本実施形態のミリ波吸収体10では、カーボンブラック12とアルミナ14とは、粉末の状態で、シリコーン樹脂16中に分散されている。ミリ波とは、一般に、30GHz帯から300GHz帯の電磁波を指すが、本願明細書において、「ミリ波」は、通信規格の5Gで用いられる28GHz帯を含んでおり、ミリ波吸収体10は、特に、10~100GHz帯の電磁波を減衰する。
図4は、第2実施形態の積層体120の概略構成を表す断面模式図である。第2実施形態の積層体120は、第1実施形態と同様のミリ波吸収体10を備えると共に、ミリ波吸収体10の一方の面(被着体に接する側の面)上に、反射層119を備えている。
上記した各実施形態では、ミリ波吸収体はシート状に形成したが、異なる形状としてもよい。ただし、シート状にすることで、任意の形状の被着体の表面に沿ってミリ波吸収体を配置することが容易になる。
[サンプルS1]
カーボンブラック(算術平均粒子径:約120nm)、アルミナ(体積平均粒子径:約10μm)、および、官能基としてビニル基を有するシリコーン樹脂(分子量約70000)に、さらに、シランカップリング剤、架橋剤、金属触媒を添加し、羽根攪拌と3本ロールミルによって混合して、ペーストを得た。得られたペーストを用いて、厚みが700μmおよび1000μmとなるようドクターブレード法によってシート状に成形し、100℃以上の温度で熱硬化させて、サンプルS1のミリ波吸収体を得た。上記したアルミナの体積平均粒子径は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置(マイクロトラック・ベル株式会社製、MT3300)を用いて測定した値である。
既述したカーボンブラックおよびアルミナと、官能基としてヒドロキシル基を有するシリコーン樹脂(分子量約30000)に、さらに、シランカップリング剤、架橋剤、少量の水を添加し、羽根攪拌と3本ロールミルによって混合して、ペーストを得た。得られたペーストを用いて、厚みが700μmおよび1000μmとなるようドクターブレード法によってシート状に成形し、100℃以上の温度で熱硬化させて、サンプルS2のミリ波吸収体を得た。
既述したカーボンブラックおよびアルミナと、官能基としてビニル基を有するシリコーン樹脂(分子量約30000)に、さらに、シランカップリング剤、架橋剤、金属触媒を添加し、羽根攪拌と3本ロールミルによって混合して、ペーストを得た。得られたペーストを用いて、厚みが700μmおよび1000μmとなるようドクターブレード法によってシート状に成形し、100℃以上の温度で熱硬化させて、サンプルS3またはサンプルS4のミリ波吸収体を得た。サンプルS3とサンプルS4とは、用いた材料は同じであるが、図5および図6に示すように、組成(カーボンブラック、アルミナ、およびシリコーン樹脂の含有率)が異なる。
既述したカーボンブラックおよびアルミナと、官能基としてビニル基を有するシリコーン樹脂(分子量約30000)に、さらに、シランカップリング剤、架橋剤、金属触媒、溶媒としてトルエンを添加し、ボールミルによって混合して、ペーストを得た。得られたペーストを用いて、厚みが700μmおよび1000μmとなるようドクターブレード法によってシート状に成形し、80℃以下の温度でトルエンを揮発させた後、100℃以上の温度で熱硬化させて、サンプルS5のミリ波吸収体を得た。
既述したカーボンブラックおよびアルミナと、官能基としてビニル基を有するシリコーン樹脂(分子量約60000)に、さらに、シランカップリング剤、架橋剤、金属触媒を添加し、羽根攪拌と3本ロールミルによって混合して、ペーストを得た。得られたペーストを用いて、厚みが700μmおよび1000μmとなるようドクターブレード法によってシート状に成形し、100℃以上の温度で熱硬化させて、サンプルS6またはサンプルS7のミリ波吸収体を得た。サンプルS6とサンプルS7とは、用いた材料は同じであるが、図5および図6に示すように、組成(カーボンブラック、アルミナ、およびシリコーン樹脂の含有率)が異なる。
既述したカーボンブラックおよびアルミナと、官能基としてビニル基を有するシリコーン樹脂(分子量約60000)に、さらに、シランカップリング剤、架橋剤、金属触媒、溶媒としてトルエンを添加し、ボールミルよって混合して、ペーストを得た。得られたペーストを用いて、厚みが700μmおよび1000μmとなるようドクターブレード法によってシート状に成形し、80℃以下の温度でトルエンを揮発させた後、100℃以上の温度で熱硬化させて、サンプルS8のミリ波吸収体を得た。
既述したアルミナと、官能基としてビニル基を有するシリコーン樹脂(分子量約60000)に、さらに、シランカップリング剤、架橋剤、金属触媒を添加し、羽根攪拌と3本ロールミルによって混合して、ペーストを得た。得られたペーストを用いて、厚みが700μmおよび1000μmとなるようドクターブレード法によってシート状に成形し、100℃以上の温度で熱硬化させて、サンプルS9のミリ波吸収体を得た。
既述したアルミナと、官能基としてビニル基を有するシリコーン樹脂(分子量約70000)に、さらに、シランカップリング剤、架橋剤、金属触媒を添加し、羽根攪拌と3本ロールミルによって混合して、ペーストを得た。得られたペーストを用いて、厚みが700μmおよび1000μmとなるようドクターブレード法によってシート状に成形し、100℃以上の温度で熱硬化させて、サンプルS10のミリ波吸収体を得た。
既述したカーボンブラックと、官能基としてビニル基を有するシリコーン樹脂(分子量約60000)に、さらに、シランカップリング剤、架橋剤、金属触媒を添加し、羽根攪拌と3本ロールミルによって混合して、ペーストを得た。得られたペーストを用いて、厚みが700μmおよび1000μmとなるようドクターブレード法によってシート状に成形し、100℃以上の温度で熱硬化させて、サンプルS11のミリ波吸収体を得た。
官能基としてビニル基を有するシリコーン樹脂(分子量約70000)に、さらに、シランカップリング剤、架橋剤、金属触媒を添加し、羽根攪拌と3本ロールミルによって混合して、ペーストを得た。得られたペーストを用いて、厚みが700μmおよび1000μmとなるようドクターブレード法によってシート状に成形し、100℃以上の温度で熱硬化させて、サンプルS12のミリ波吸収体を得た。
各サンプルの組成、すなわち、カーボンブラック、アルミナ、およびシリコーン樹脂の含有量(各サンプルにおける含有率)を、厚み1000μmのサンプルを用いて調べた。カーボンブラックの含有量は、炭素成分分析法により測定した。また、アルミナおよびシリコーン樹脂の含有量は、アルキメデス法によりミリ波吸収体の密度を測定し、先に測定したカーボンブラックの含有量と比重、およびアルミナとシリコーン樹脂の比重から計算した。ここで、一部のサンプルに含まれる白金触媒の含有量は、サンプル全量に対してごく微量であるため、誤差として無視して計算した。
ヤング率と伸び率とは、引張試験機(島津製作所製オートグラフ(AG-IS))を使用して室温にて、厚み700μmのサンプルを用いて測定した。各サンプルを、幅1cm×長さ7cmの短冊状の試験片として切り出し、両端から2cmの位置を治具で保持して、中間の長さ3cmの部分で引張試験を行い、S-Sカーブ(応力-ひずみ曲線)からヤング率と伸び率とを得た。具体的には、各試験片を破断するまで引っ張りながら、サンプル長と荷重の変化を経時的に測定した。このとき、測定した荷重を試験片の引張試験前の断面積で除すことにより、引張応力が算出される。ヤング率は、以下の(4)式により算出される歪みを横軸とし、上記引張応力を縦軸とするグラフ(応力-ひずみ曲線)において、弾性変形領域における傾きとして算出した。また、伸び率は、各試験片が破断するまで引っ張り、破断したときのサンプル長から元のサンプル長(上記サンプルでは中間の長さ3cm)を引いた後、元のサンプル長で除すことにより算出した。伸び率を求める式を、以下に(5)式として示す。
伸び率(%)=[破断したときのサンプル長 - 元のサンプル長]/元のサンプル長 ・・・(5)
絶縁破壊強さは、JIS C 2110-1:2016に従い、厚み1000μmのミリ波吸収体を用いて測定した。ここでは、「ミリ波吸収体の絶縁性を高めて、配線近傍でミリ波吸収体を使用可能にする効果」を、絶縁破壊強さにより評価した。
反射減衰量は、室温における自由空間法(JIS R 1679:2007)によって測定した。周波数は18GHz~110GHzの範囲で減衰量を測定し、20GHz~100GHzの範囲で減衰が最大となる値を減衰量とした。ここで、減衰のピークが狙いの周波数と異なる場合でも、 20GHz~100GHzの範囲で減衰のピークを持てば、その値を減衰量とした。なお、反射減衰量の測定は、厚み700μmのサンプルと厚み1000μmのサンプルとの双方を用いて行い、減衰の程度が大きい方の値を採用した。
熱伝導率は非定常平面熱源を用いる熱伝導率測定装置TCi(株式会社リガク社製)によって測定した。測定には、厚さ1000μmに成形した各サンプルを用いた。
図6に示すように、各項目について、基準値との比較により評価を行った。「カーボン量」は、各サンプルにおけるカーボンブラックの含有率が10wt%以上50wt%以下の範囲内であれば「○」、上記範囲外であれば「×」とした。「アルミナ量」は、各サンプルにおけるアルミナの含有率が10wt%以上70wt%以下の範囲内であれば「○」、上記範囲外であれば「×」とした。「シリコーン量」は、各サンプルにおけるシリコーン樹脂の含有率が10wt%以上であれば「○」とした。
サンプルS1は、カーボンブラックとアルミナとシリコーン樹脂とを含むが、カーボン量およびアルミナ量が比較的少ないために、反射減衰量および熱伝導率の双方が、比較的低い値となり、総合評価が「△」になったと考えられる。
[適用例1]
ミリ波帯域の電磁波を吸収するミリ波吸収体であって、
カーボンブラックと、α-アルミナと、シリコーン樹脂と、を備えることを特徴とする
ミリ波吸収体。
[適用例2]
適用例1に記載のミリ波吸収体であって、
前記カーボンブラックの含有率が10~50wt%であることを特徴とする
ミリ波吸収体。
[適用例3]
適用例1または2に記載のミリ波吸収体であって、
前記α-アルミナの含有率が10~70wt%であることを特徴とする
ミリ波吸収体。
[適用例4]
適用例1から3までのいずれか一項に記載のミリ波吸収体であって、
前記シリコーン樹脂の含有率が10wt%以上であることを特徴とする
ミリ波吸収体。
[適用例5]
適用例1から4までのいずれか一項に記載のミリ波吸収体であって、
ヤング率が10MPa以下であり、かつ、室温での伸び率が20%以上であることを特徴とする
ミリ波吸収体。
[適用例6]
適用例1から5までのいずれか一項に記載のミリ波吸収体であって、
絶縁破壊強さが100V/mm以上であることを特徴とする
ミリ波吸収体。
[適用例7]
適用例1から6までのいずれか一項に記載のミリ波吸収体であって、
20~100GHzの電磁波に対して、10dB以上の反射減衰量を示すことを特徴とする
ミリ波吸収体。
[適用例8]
積層体であって、
シート状に形成された適用例1から7までのいずれか一項に記載のミリ波吸収体と、
前記ミリ波吸収体の一方の面に接して設けられ、前記電磁波吸収層を透過した電磁波を反射する反射層と、
を備えることを特徴とする積層体。
12…カーボンブラック
14…アルミナ
16…シリコーン樹脂
18…接着層
119…反射層
120…積層体
Claims (8)
- ミリ波帯域の電磁波を吸収するミリ波吸収体であって、
カーボンブラックと、α-アルミナと、シリコーン樹脂と、を備えることを特徴とする
ミリ波吸収体。 - 請求項1に記載のミリ波吸収体であって、
前記カーボンブラックの含有率が10~50wt%であることを特徴とする
ミリ波吸収体。 - 請求項1に記載のミリ波吸収体であって、
前記α-アルミナの含有率が10~70wt%であることを特徴とする
ミリ波吸収体。 - 請求項1に記載のミリ波吸収体であって、
前記シリコーン樹脂の含有率が10wt%以上であることを特徴とする
ミリ波吸収体。 - 請求項1に記載のミリ波吸収体であって、
ヤング率が10MPa以下であり、かつ、室温での伸び率が20%以上であることを特徴とする
ミリ波吸収体。 - 請求項1に記載のミリ波吸収体であって、
絶縁破壊強さが100V/mm以上であることを特徴とする
ミリ波吸収体。 - 請求項1に記載のミリ波吸収体であって、
20~100GHzの電磁波に対して、10dB以上の反射減衰量を示すことを特徴とする
ミリ波吸収体。 - 積層体であって、
シート状に形成された請求項1から7までのいずれか一項に記載のミリ波吸収体と、
前記ミリ波吸収体の一方の面に接して設けられ、前記電磁波吸収層を透過した電磁波を反射する反射層と、
を備えることを特徴とする積層体。
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