JP4311654B2 - 積層電磁波吸収体 - Google Patents
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これらの問題を解決するための方法としては、主に、発生したノイズを反射させて発生源に帰還させる反射法、ノイズを安定電位面(接地部等)に誘導させるバイパス法、又はシールド法等がとられている。
しかしながら、最近の機器の小型・軽量化の要求による高密度実装に伴い、ノイズ対策部品実装のスペースが少なくなり、省電力化の要求による素子駆動の低電圧化に伴い、電源系に他媒体からの高周波が結合し易くなり、演算処理速度の急速な高速化の要求によりクロック信号の狭いことに伴い、高周波の影響を受け易くなり、樹脂筐体の急激な普及に伴い、電磁波が漏れ易い構造となり、利用周波数帯域の急増に伴い、相互に影響されやすい環境下におかれるようになる等の理由により、いずれの方法も近傍電磁界の電磁波対策と放熱対策を十分に両立させる方法とはなっていないのが現状である。
また、機器外部への電磁波漏洩を防ぐため、金属板を電磁波シールド材として設置することや筐体に導電性を持たせて電磁波シールド性能を付与することが行われているが、このシールド材で反射、散乱した電磁波は機器内部に充満して電磁干渉を助長してしまうという問題や、機器内部に設置された複数の基板間での電磁干渉の問題を解決するため、導電性支持体と、軟磁性体粉末と有機結合剤からなる絶緑性軟磁性体層を積層した形の電磁波干渉抑制体(例えば、特許文献2参照。)が提案されている。
さらに、導電性充填剤をシリコーン樹脂中に分散させてなる電磁波反射層の少なくとも一方の面に、電磁波吸収性充填剤をシリコーン樹脂中に分散させてなる電磁波吸収層を積層したことを特徴とする電磁波吸収体(例えば、特許文献3参照。)が開示され、高い電磁波吸収性能、高い電磁波シールド性能を持つと共に、シリコーン樹脂自体の性質を反映して、加工性、柔軟性、耐候性、耐熱性に優れたものとなるとされている。
特に、電子機器内部の電子機器要素の高密度化、高集積化された部位に対する電磁波吸収体としては、電磁波吸収性能、高抵抗高絶縁性、熱伝導性能を有した部材が必要となるが、これら三つの性能を兼ね備えた部材は存在せず、この用途の場合、さらに柔軟性、耐熱性、難燃性なども必要とされるが、これらの性能を同時に満足するものはなかった。特に、電磁波反射機能を兼ね備えた吸収体にあっては、その設置場所が限られて、例えば、樹脂製筐体の天面等への設置は十分に行えないのが実情であった。
(1)電磁波吸収層
本発明の積層電磁波吸収体で用いる電磁波吸収層は、電磁波吸収効果を有する層であれば特に制限はないが、電磁波吸収性、熱伝導性、難燃性に優れ、温度依存性が少なく、かつ柔らかく、密着強度に優れ、高抵抗高絶縁特性を有し、貼り付け制限がない効果を奏するものが好ましく、例えば、以下に説明する(a)ソフトフェライト、(b)扁平軟磁性金属粉、(c)マグネタイト等を(d)シリコーン樹脂に含有させる複合材が好ましい。
本発明の電磁波吸収層に用いることのできるソフトフェライトは、微弱な励磁電流でも磁気的機能を発揮するものである。ソフトフェライトとしては、特に限定されるものではないが、Ni−Zn系フェライト、Mn−Zn系フェライト、Mn−Mg系フェライト、Cu−Zn系フェライト、Ni−Zn−Cuフェライト、Fe−Ni−Zn−Cu系、Fe−Mg−Zn−Cu系及びFe−Mn−Zn系などのソフトフェライトが挙げられ、これらの中では、電磁波吸収特性、熱伝導性、価格等のバランスの面から、Ni−Zn系フェライトが好ましい。
Ni−Zn系フェライトをこのような形状で用いることにより、後述するシリコーンゲルの硬化阻害を起こさせず、シリコーンゲル材料への分散性にも優れ、ある程度の熱伝導性が発揮できるようになる。
ここで、粒径分布D50とは、粒度分布計によって求められた粒径の小さい値から重量を累計して50%になったときの粒径の値の範囲を示すものである。
無官能基系シラン化合物でソフトフェライトの表面を処理することにより、無官能基系シラン化合物で表面処理されたソフトフェライトのpHを8.5以下、好ましくは8.2以下、より好ましくは7.8〜8.2にすることが好ましい。ソフトフェライトのpHを8.5以下にすることにより、シリコーンの硬化阻害を抑制し、どのようなシリコーンにも適用することができるようになる。また、ソフトフェライトとシリコーンのなじみが良好となり、その結果、シリコーン中へのソフトフェライトの充填量を増やすと同時に熱伝導性充填剤との混合性を高め、均一な成形体を得ることができる。
本発明のソフトフェライトの表面処理用シラン化合物として、フィラー等の表面処理に用いる通常のシランカップリング剤やエポキシ樹脂系表面処理剤を用いると加熱下の環境試験で硬度が上昇するという硬度変化が生じると、熱分解によるクラック等が発生し、形状維持ができなくなり外観損傷を起こし好ましくない。
本発明の電磁波吸収層に用いることのできる(b)扁平軟磁性金属粉は、高周波数帯域で安定したエネルギー変換効率を有する効果を有する材料である。
(b)扁平軟磁性金属粉としては、特に限定されず、軟磁性を示し機械的な処理で扁平化できるものであれば良いが、高い透磁率を有し、かつ低自己酸化性を有し、形状的にもアスペクト比(平均粒径を平均厚さで除した値)が高いものが望ましい。具体的な金属粉としては、Fe−Ni合金系、Fe−Ni−Mo合金系、Fe−Ni−Si−B系、Fe−Si合金系、Fe−Si−Al合金系系、Fe−Si−B合金系、Fe−Cr合金系、Fe−Cr−Si合金系、Co−Fe−Si−B合金系、Al−Ni−Cr−Fe合金系、Si−Ni−Cr−Fe合金系等の軟磁性金属が例示され、これらの中では、特に自己酸化性の低さの点からAlまたはSi−Ni−Cr−Fe系合金が好ましい。また、これらは1種でも2種以上混合して用いても良い。
さらに、自己酸化性が低いと、粉塵爆発の危険性がなくなり、非危険物扱いのものとして、大量の貯蔵が可能になり、取り扱いが容易で生産効率を上げることができるという利点を有する。
また、扁平軟磁性金属粉の平均厚さは、0.01〜1μmが望ましい。0.01μmより薄くなると樹脂中での分散性が悪くなり、外部磁場による配向処理を施しても粒子が十分に一方方向に揃わない。同一組成の材料でも透磁率などの磁気特性が低下し、磁気シールド特性も低下してしまう。逆に、平均厚さが1μmを超えると、充填率が低下する。また、アスペクト比も小さくなるので反磁界の影響が大きくなり、透磁率が低下してしまうためシールド特性が不充分となる。
また、扁平軟磁性金属粉の粒径分布D50は、8〜42μmが好ましい。粒径分布D50が8μm未満ではエネルギー変換効率が低下し、42μmを超えると粒子の機械的強度が低下し、機械混合させた場合は破損し易くなる。
ここで、粒径分布D50とは、粒度分布計によって求められた粒径の小さい値から重量を累計して50%になったときの粒径の値の範囲を示すものである。
ここで、比表面積は、BET測定装置で測定する値である。
マイクロカプセル化の方法は、とくに限定されず、扁平軟磁性金属粉の表面をある程度の厚さに被覆し、扁平軟磁性金属粉のエネルギー変換機能を阻害しないような材料を用いて行う方法であれば、どのような方法であっても良い。
例えば、扁平軟磁性金属粉の表面を被覆する材料として、ゼラチンを用い、ゼラチンを溶解したトルエン溶液に軟磁性金属粉末を分散させ、その後トルエンを揮発除去して軟磁性金属粉をゼラチンで被覆カプセル化した扁平軟磁性金属粉を得ることできる。この場合、例えば、ゼラチン重量が20%で扁平軟磁性金属粉が80%程度の重量比のマイクロカプセル化物は約100μmの粒径を有するものとして得られ、それを用いた電磁波吸収体の絶縁破壊強度は、マイクロカプセル化を行わなかった場合の約2倍に向上させることができる。
本発明の電磁波吸収層に用いることのできる(c)マグネタイトは、酸化鉄(Fe3O4)であり、前記ソフトフェライトと共に用いることにより、電磁波吸収体に難燃性を付与すると同時に、熱伝導率を向上させ、さらに、マグネタイトの磁性特性付加による相乗効果により、電磁波吸収体全体の電磁波吸収効果を向上させることができる。
マグネタイトの粒径分布D50は、0.1〜0.4μmが好ましい。マグネタイトの粒径分布D50をソフトフェライトの粒径分布D50の約10分の1にすることによりソフトフェライトの高充填を可能にすることができる。また、マグネタイトの粒径分布D50が0.1μm未満であると取り扱いが困難となり、0.4μmを超えるとソフトフェライトとの高充填が出来なくなる。
ここで、粒径分布D50とは、粒度分布計によって求められた粒径の小さい値から重量を累計して50%になったときの粒径の値の範囲を示すものである。
本発明の電磁波吸収層に用いることのできる(d)シリコーンは、上記ソフトフェライト、扁平軟磁性金属粉、マグネタイト等のバインダーとしての機能を果たすと共に、電磁波吸収層の温度依存性を少なくして−20〜150℃の広い温度範囲での使用を可能にする機能を有する。(d)シリコーンとしては、従来から知られ、市販されている種々のシリコーン材料として一般的に使用されているものを適宜選択して用いることができる。よって、加熱硬化型あるいは常温硬化型のもの、硬化機構が縮合型あるいは付加型のものなど、いずれも用いることができる。また、珪素原子に結合する基も特に限定されるものではなく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基のほか、これらの基の水素原子が部分的に他の原子又は結合基で置換されたものを挙げることができる。
このようなシリコーンを用いることにより、本発明で用いる電磁波吸収層は少なくとも高速演算素子上に密着できる密着性を有するようになる。
本発明の積層電磁波吸収体において、電磁波吸収層と反射層を設けることにより、簡単に安価で、かつ薄シート品であってもシールド効果による連続反射減衰と電磁波吸収層の熱エネルギー変換により、電磁エネルギーの減衰性能を向上させることができる。電磁波反射層は、特に制限されないが、アルミニューム、銅、ステンレス等の導電体を用いることができ、アルミニューム箔であっても、樹脂フィルム等に蒸着したアルミニューム層であっても良い。
本発明で用いる反射層は上記電磁波吸収層に直接積層してもよく、絶縁体層を介して電磁波吸収層に積層しても良い。
本発明の積層電磁波吸収体において、電磁波吸収層に積層された電磁波反射層の上に絶縁体層を設ける必要がある。絶縁体層は、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂フィルム、ポリプロピレン樹脂フィルム、ポリスチレン樹脂フィルム等の絶縁材料から構成され、電磁波吸収体の絶縁破壊強度の低下を抑えると同時に、その強度を向上させることができる。
また、絶縁体層は、必要に応じて、さらに電磁波吸収層と電磁波反射層の間に設けることもできる。
絶縁体層の厚みは、25〜75μmが好ましい。
なお、絶縁体層の積層はアクリル系樹脂の接着剤等を用いることができる。
本発明の積層電磁波吸収体においては、電磁波反射層に積層された絶縁体層の外側に、少なくとも水平なガラス面状の天井面に貼着して落下しない粘着力を有する粘着剤層を設ける。このような粘着剤層を設けることにより、筐体の天面や側面への適用が可能になり、その適用範囲を拡大することができる。
粘着剤層の粘着剤は、特に限定されないが、アクリル系樹脂の粘着剤を用いることができる。
さらに、PETフィルム等の絶縁体層の一方に粘着層/剥離フィルムを設けて一体成形するようにして得られるものが好ましい。
本発明の積層電磁波吸収体においては、電磁波吸収層の外側及び粘着剤層の外側に剥離フィルム層を設ける。剥離フィルム層は、PET樹脂フィルム、ポリプロピレン樹脂フィルム、ポリスチレン樹脂フィルム等の絶縁性フィルムを用い、厚みは20〜30μmが好ましい。剥離フィルム層は、電磁波吸収層のシリコーンゲルのタック性及び粘着剤層の粘着力で積層される。
本発明の積層電磁波吸収体は、上記の各層を積層して得られ、例えば、図1に示すような断面図を有する積層体となる。図1において、1は電磁波吸収層、2は電磁波反射層、3は絶縁体層、4は粘着剤層、5、6は剥離フィルム層である。
本発明の積層電磁波吸収体の使用に当たっては、不要電磁波の入射方向に対して常に電磁波吸収層/電磁波反射層の積層順序となるようにして用いられる。図2〜4でその使用例を説明する。例えば、高速演算素子、ケーブル、パターン等よりの不要電磁波放射源が特定できる場合、すなわち、図2において基板10上の高速演算素子11が不要電磁波放射源であると特定した場合は、その高速演算素子11の上に電磁波吸収層1の外側の剥離フィルム5を剥がし、電磁波吸収層1の有するタック性により、矢印の方向(11の拡大図)に直接高速演算素子に貼着する。不要電磁波放射源が特定できない場合で基板に貼り付けが可能な場合も電磁波吸収層1の外側の剥離フィルム5を剥がし、基板上に貼着することができる。基板が多層構造になっているケースでは、基板間に積層することができ、例えば、上部に位置する基板の下側に粘着剤層を貼り付ける場合、すなわち、図3において、基板10と10’との間で基板10’に対する基板10の高速演算素子11、12等からの不要電磁波の影響を防ぐためには、接着剤層4の外側の剥離フィルム6を剥がし、基板10’の下側に矢印の方向に粘着剤層4を貼着する。さらに、不要電磁波放射源が特定できず、基板に貼り付けも出来ない場合、すなわち、図4において、筐体20内の基板15上のケーブル、パターン、素子等のいずれが不要電磁波放射線源かが特定できず、形状的にも貼り付けが不可能な場合は、接着剤層4の外側の剥離フィルム6を剥がし、粘着剤層4を筐体の天板21に矢印の方向に貼り付けて用い筐体外側への不要電磁波の反射及び透過を防止する。このように本発明の積層電磁波吸収体は、一形態の製品であらゆる不要電波放射源のケースに対応できる。
(1)針入度:JIS K 2207−1980に準拠して求めた。
(2)磁性損失(透磁率):透磁率&誘導率測定システム(アンリツ&キーコム社製Sパラメーター方式同軸管 er,μr測定器システム)を用いて測定した。
(3)体積抵抗:JIS K 6249に準拠して測定した。
(4)絶縁破壊強度:JIS K 6249に準拠して測定した。
(5)熱伝導率:QTM法(京都電子工業株式会社)に準拠して求めた。
(6)難燃性:UL94に準拠して測定した。
(7)耐熱性:150℃恒温下に放置して、針入度、熱伝導率を測定し、経時変化を観察。変化が観察されるまでの時間。
(8)吸収率:近傍界用電磁波吸収材料測定装置(キーコム社製)で測定した。
粒径分布D5010〜30μmのNi−Zn系ソフトフェライト(BSE−828(商品名):戸田工業(株)製)をメチルトリメトキシシランで表面処理したソフトフェライト83重量%、粒径分布D500.1〜0.4μmの八面体形状マグネタイト微粒子(KN−320(商品名):戸田工業(株)製)5重量%、及び及びJISK2207−1980(50g荷重)の針入度が150のシリコーンゲル(CF−5106(商品名):東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)製)12重量%を混合し、真空脱泡の後、空気を巻き込まないようガラス板間に流し込み、70℃で60分間加熱プレス成形して、厚さが1mmの表面が平滑な電磁波吸収用シートを得た。
次に、得られた電磁波吸収用シートを用い、厚さ20μmのPETフィルム剥離フィルム、電磁波吸収用シート、アルミニューム箔、厚さ50μmのPETフィルム、厚さ1μmの粘着剤層、厚さ20μmのPETフィルム剥離フィルムをこの順に積層し、積層電磁波吸収体を得た。この積層電磁波吸収体の近傍電磁界電磁波吸収率を測定した。その結果は、図5に示すAであった。なお、図5には、比較のために、アルミニューム箔を積層しない電磁波吸収体の近傍電磁界電磁波吸収率の値をBとして示した。
なお、得られた積層電磁波吸収体は、磁性損失μ”(1GHz):4.0、体積抵抗:2×1011Ω・m、絶縁破壊強度:4.5kV/mm、熱伝導率:1.2W/m・K、比重:2.8、針入度:60、難燃性(UL94):V−0相当、耐熱性:1000時間以上、であった。
2 電磁波反射層
3 絶縁体層
4 粘着剤層
5、6 剥離フィルム層
10、10’、15 基板
11、11’、12、12’ 高速演算素子
20 筐体
21 筐体天面
Claims (6)
- 樹脂製筐体内外からの不要電磁波を吸収する、電磁波吸収層に導電性の電磁波反射層を積層し電磁波反射層の外側に絶縁体層を介して粘着剤層が積層され、電磁波吸収層の外側及び粘着剤層外側にそれぞれ剥離フィルム層が積層された積層電磁波吸収体であって、電磁波吸収層は少なくとも高速演算素子上に密着できる密着性を有し、粘着剤層は少なくとも水平なガラス天井面に貼着して落下しない粘着力を有することを特徴とする積層電磁波吸収体。
- 電磁波吸収層と電磁波反射層の間に絶縁体層を有することを特徴とする請求項1に記載の積層電磁波吸収体。
- 電磁波吸収層は、JIS K2207−1980(50g荷重)の針入度が5〜200のシリコーンゲルに電磁波吸収用充填剤を充填することを特徴とする請求項1又は2に記載の積層電磁波吸収体。
- 電磁波反射層は、アルミニューム金属層であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の積層電磁波吸収体。
- 粘着剤層は、アクリル系樹脂粘着剤層であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の積層電磁波吸収体。
- 絶縁体層は、ポリエチレンテレフタレート樹脂層であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の積層電磁波吸収体。
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