JP4975743B2 - 表面電気抵抗制御を用いた多層薄型電磁波吸収フィルム - Google Patents

表面電気抵抗制御を用いた多層薄型電磁波吸収フィルム Download PDF

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Description

本発明は、多層薄型電磁波吸収フィルムに関し、より詳細には、一定の電気抵抗を有する伝導性高分子層と磁性金属複合体層等とが積層配列された構造で形成され、10MHz〜6GHzの周波数で35%以上の非常に大きい電磁波減衰効果を発揮するか、10MHz〜10GHzの広帯域周波数で特定数値以上の減衰効果を一定に得ることができる、多層薄型電磁波吸収フィルムに関する。
一般に、デジタル及び高周波電気回路装置において、電磁気波干渉は、電子部品及び伝導線が回路基板上に実装されるときに、電子部品及び配線伝導の間に静電気結合または磁気結合によって発生する。
従来、このような電磁気波の干渉を抑制するために、回路基板それぞれの出力端において、低域フィルタまたは雑音フィルタにより、0.2mm以上の相対的に厚い単層電磁波吸収体を用いたり、あるいは、間隔を開けて問題のある回路を抑制することで解決してきた。
しかしながら、このような電磁気波の干渉を抑制する方法は、上記フィルタまたは0.2mm以上の肉厚の吸収体を配列する空間及び間隔を必要とするため、電子機器の大きさや重量が自然と大きくなる等の問題が生じているのが現状である。
比較的大きい空間と間隔とを必要とする低域フィルタまたは雑音フィルタを使用することなく、部品または回路基板の間の制限された空間を最大限に活用し、回路基板と部品との間で発生する電磁波から生じる電磁波の放射を抑制することだけでなく、その場に隣接した他の回路部品の間に生じる電磁気干渉の抑制のために、単層で構成された、膜厚0.1mm以下の薄型電磁波吸収フィルムが使用されている。
電磁波吸収体の吸収メカニズムは、根本的に、物質の高周波損失特性に起因するものであって、電磁波吸収体の材料は、伝導損失材料、誘電損失材料、磁性損失材料、さらに、2つの以上の損失を含む材料に大きく分類される。これらの材料のうち一般的に磁性損失を用いたものとして、磁性金属粉を有機結合剤に分散させて、0.1mm以下の薄い膜厚を有するフィルム状に製造されているが、薄い膜厚のために、1GHz以下の周波数帯域では電磁波減衰率が35%以下と、その特性に限界を示しており、その測定結果が図1に示されている。
図1は、センダスト(Fe−Si−Alアロイ)粉末を用いた磁性金属複合体層を単層にコーティングして製造された電磁波吸収フィルムの減衰率を示すグラフであり、フィルムの膜厚は、(1)0.025mm、(2)0.05mm、(3)0.075mm、(4)0.1mmであり、フィルムの膜厚が厚くなるほどその吸収率が増加する傾向にあることが分かる。
図1の(1)、(2)、(3)及び(4)の曲線では、周波数が高くなるほど波長が短くなり、電磁波の吸収率が大きくなる。ところが、1GHz以下の周波数帯域において0.1mm以下の電磁波吸収フィルムの膜厚で35%以上の電波吸収率を得ることは非常に困難である。
本発明は、上述したような従来の問題点を解決しようとしてなされたものであり、その目的は、膜厚0.1mm以下の薄型電磁波吸収フィルムの電磁波吸収特性を極大化するために、一定の電気抵抗を示すように磁性金属複合体層上に伝導性高分子フィルムを積層し、10MHz〜6GHz以下の周波数で電磁波吸収率が35%以上に向上された薄型電磁波吸収フィルムを提供することにある。
本発明の別の目的は、伝導性高分子層と磁性金属複合体層とを積層して、電子機器における電磁波漏れ防止または電磁波雑音減衰用として減衰効果を極大化した、膜厚0.1mm以下の柔軟性を有する多層薄型電磁波吸収フィルムを提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、伝導性高分子であるPEDOTを磁性金属複合体上で直接重合し、コーティングした多層薄型電磁波吸収フィルムを提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、準マイクロ波帯域(quasi−microwave band:0.3〜3GHz)で50%以上の優れた減衰効果を得ることができる、膜厚0.1mm以下の多層薄型電磁波吸収フィルムを提供することにある。
上述した発明の目的を達成するために、本発明は、20Ω〜1000Ωの間の一定の電気抵抗を有する伝導性高分子層と、軟磁性金属が有機結合剤により分散・結合された磁性金属複合体層とが、少なくとも2層以上の層状構造で構成され、0.1mm以下の膜厚からなることを特徴とする多層薄型電磁波吸収フィルムを提供する。
また、本発明は、前記層状構造は、中間層に前記磁性金属複合体層が位置し、前記磁性金属複合体層の上下に前記伝導性高分子層が積層されるか、或いは、中間層に伝導性高分子層が位置し、上下に前記磁性金属複合体層が積層されることを特徴とする多層薄型電磁波吸収フィルムを提供する。
さらに、本発明は、前記層状構造は、直接コーティングされるか、接着部材を用いるか、あるいは、圧着により結合されることを特徴とする多層薄型電磁波吸収フィルムを提供する。
また、本発明は、前記伝導性高分子層は、 PEDOT(polyethylenedioxythioprene)、ポリアニリン(polyaniline)、ポリピロール(polypyrrole)、ポリチオフェン(polythiophene)のうちのいずれか1つから形成されることを特徴とする多層薄型電磁波吸収フィルムを提供する。
また、本発明は、前記伝導性高分子層のPEDOT層の電気抵抗を100Ω〜300Ωに制御し、500MHz以下の周波数帯域で電磁波吸収率を35%以上に向上させたことを特徴とする多層薄型電磁波吸収フィルムを提供する。
さらに、本発明は、前記伝導性高分子層は、前記PEDOTのモノマー溶液が前記磁性金属複合体上に直接コーティングされて、モノマー溶液が乾燥し、重合しながら、形成されることを特徴とする多層薄型電磁波吸収フィルムを提供する。
また、本発明は、前記伝導性高分子層は、前記PEDOTがPETフィルムまたはPPフィルム上にコーティングされて、製造されることを特徴とする多層薄型電磁波吸収フィルムを提供する。
以下において、本発明の構成を詳細に説明する。
上記のような本発明によると、膜厚0.1mm以下で、磁性金属複合体層と伝導性高分子とで構成された多層薄型電磁波吸収フィルムは、伝導性高分子材料及び磁性金属粉末材料により、従来の電磁波吸収フィルム用材料に比べて、優れた電磁波吸収率を示す効果を有する。
本発明の多層薄型電磁波吸収フィルムは、積層方法によって、電子半導体、電子通信分野機器、携帯電話と移動通信用機器の部品及びケース、電子デジタル映像装備等に影響を及ぼさないように、非常に効果的に電磁波を遮断することができる効果を有する。
本発明の伝導性高分子層は、20Ω〜1000Ωの間の一定の電気抵抗を有し、一方、磁性金属複合体層の電気抵抗は、約10〜10Ωであり、ほとんど絶縁に近い。
一般に、抵抗損失を用いた電波吸収体は、電気抵抗を用いた吸収体である。通常炭素が含有されたウレタンフォーム等として生産されるが、電気抵抗が20Ω以下と低い場合は、相対的に電気伝導度が高いため、電磁波が入射したとき、低いインピーダンスのためその損失が少なくなる。入射した電磁波は、内部において抵抗損失により熱に変換され、消滅されるようになる。一般的に見られる電線、あるいは電気カーペット等で熱が発生する原因と類似した原理である。電磁波が電波吸収体に入射して消滅されるためには、電波吸収体のインピーダンスが非常に大きい影響を及ぼす。大気のインピーダンスは377Ωであって、もし電波吸収体のインピーダンスが大気のような377Ωであれば、その電磁波は、電波吸収体を100%透過する。しかしながら、電波吸収体のインピーダンスが20Ω未満であって、大気中のインピーダンスの377Ωよりも大きく低下すると、その電磁波は、電波吸収体を透過することができず、その大部分が反射される。これは、電磁波が吸収される前に反射され、電波吸収用途には使用不可能である。
一方、電気抵抗が1000Ωを超過した電波吸収体は、電磁波の透過性には優れているが、抵抗損失が小さいという問題点がある。抵抗損失を用いた電波吸収体は、内部電荷の分極により電磁波の吸収が生じるが、これは、分極となる電荷の量が少ないためである。従って、電磁波の透過は優秀であり、かつ電荷分極による損失が大きくなるためには、20Ω〜1000Ωの間で電気抵抗を有する材料の方が好ましい。
磁性金属複合体の電気抵抗が10〜10Ωであるにも拘らず、電波吸収効果があるのは、磁性金属複合体の電波吸収損失は、抵抗損失ではなく、磁気損失を用いるからである。
伝導性高分子層は、PEDOT(polyethylenedioxythioprene)、ポリアニリン(polyaniline)、ポリピロール(polypyrrole)、ポリチオフェン(polythiophene)のうちから選択されたいずれか1つで磁性金属複合体の片面または両面に積層されるものであり、積層方法は、直接コーティングするか、接着部材を用いるか、あるいは、圧着により結合することができる。
特に、500MHz以下の周波数帯域で電磁波吸収率を35%以上に向上させるために、上記伝導性高分子層中のPEDOT層の電気抵抗を100Ω〜500Ωに制御するが、図4に示されたグラフを参照して説明すると、電気抵抗が大気中のインピーダンスと類似した300Ωである場合、500MHz以下の周波数帯域で20Ω〜230Ωの電気抵抗のものと比べて最大吸収率を示す。300MHzを基準にして観察すると、約43%の電波吸収率を有する。しかしながら、20Ωである場合は、300MHzで約18%となり、電気抵抗が20Ω以下の場合は、電波吸収率がほとんど示されない。
一方、電気抵抗が500Ωを超過する電波吸収体の場合は、300MHz帯域の周波数で30%以上の電波吸収率を得ることは非常に困難である。
本発明の伝導性高分子層中でPEDOTをコーティングする方法の一例は、以下の通りである。電気伝導性高分子単量体としてエチレンジオキシチオフェン(3,4−ethylenedioxythiophene)、マトリックス高分子としてポリビニルピロリドン(polyvinylpyrrolidone)、さらに、n−メチルピロリドン(n−methylpyrrolidone)、ジメチルホルムアミド(dimethylformamide)等の塩基性添加剤を、1−ブタノール(1−butanol)または1−プロパノール(1−propanol)等の有機溶剤に溶解して、モノマー溶液を製造する。酸化剤として用いられるフェリックp−トルエンスルホン酸塩(ferric p−toluenesulfonate)を同じ種類の溶媒に溶解して、酸化剤溶液を製造する。製造されたモノマー溶液と酸化剤溶液とを混合し、均一な溶液を製造した後、該溶液を磁性金属複合体に、スピンコーティング、バーコーティング、テープコーティング等の方法で、PETフィルムまたはPPフィルム上にコーティングする。コーティングした基材を、一定の温度に調節されたオーブンで所定の時間加熱をすると、単量体が重合し、電気伝導性PEDOT薄膜が形成され、これを、メタノール(methanol)、アセトン(acetone)のような溶媒で洗浄した後、乾燥して、最終PEDOT薄膜が得られる。得られたPEDOT薄膜の電気抵抗は、ポリビニルピロリドンの含量、塩基性添加剤の含量、酸化剤の濃度、重合温度、重合時間等の変更により、コーティングされたPEDOT薄膜の電気抵抗を容易に変化させることができる。
本発明の伝導性高分子層をコーティングする別の例は、以下の通りである。可溶性ポリピロールを、公知の方法(大韓民国特許10−0162864−0000)により製造した後、クロロホルムに溶解してポリピロール溶液を製造し、該溶液を基材にコーティングする。一定の時間乾燥した後、メタノール、アセトン等で洗浄した後、乾燥して、最終の電気伝導性ポリピロール薄膜が得られる。
本発明の伝導性高分子層をコーティングするさらに別の例は、以下の通りである。可溶性ポリアニリンを、公知の方法(大韓民国特許10−0205912−0000)により製造した後、クロロホルムに溶解してポリアニリン溶液を製造し、該溶液を基材にコーティングする。一定の時間乾燥した後、メタノール、アセトン等で洗浄した後、乾燥して、最終の電気伝導性ポリアニリン薄膜が得られる。
一方、本発明の磁性金属複合体層において、磁性金属粉末としては、センダスト(Fe−Si−Al)、パーマロイ(Fe−Ni)、純鉄(Fe)粉末、カルボニル鉄、モリブデンパーマロイ(Fe−Ni−Mo)、フェライト、ステンレス鋼(Fe−Cr、Fe−Cr−Ni)、ケイ素鋼(Fe−Si)粉末のうちのいずれか1つからなる。
また、磁性金属複合体層に使用される有機結合剤は、PVC(polyvinyl−butyral)、ウレタンゴム、エポキシ、シリコーンゴム、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、EPDM、ネオプレン(neoprene)、ポリプロピレンまたはポリスチレン、天然ゴムのうちの少なくともいずれか1つで構成される。上記に明示された有機結合剤は、粉末に対する充填性に優れ、有機溶媒により溶解可能であるため、有機結合剤に充填されている粉末がよく分散される特徴を有している。
磁性金属複合体層と伝導性高分子層とからなる多層薄型電磁波吸収フィルムは、電気的に絶縁された接着剤、粘着剤または両面テープ等の接着部材により結合されて形成することができ、この接着部材は、電子機器等に容易に付着可能とするものである。
また、接着部材の裏面には、その接着部材を保護するために離型フィルムを付着可能であるが、離型フィルムは、接着部材を保護し、生産及び取り扱いの便利さのために付着される。
以上のように構成された本発明の多層薄型電磁波吸収フィルムを、添付の図面を参照し、実施例を通じて、以下のように具体的に説明する。
図2は、本発明の実施例を示す図である。
図2(a)は、多層薄型電磁波吸収フィルムであり、有機結合剤によりフレーク化された軟磁性金属粉末を分散・結合して磁性金属複合体層21を形成し、伝導性高分子をその片面にコーティングして伝導性高分子層22を形成し、伝導性高分子層22の背面に、接着剤、粘着剤または両面テープ等の接着部材23を結合した後、離型フィルム24を付着して、膜厚0.1mm以下として形成された状態を示す断面図である。
伝導性高分子層22において、抵抗損失により電磁波を1次的に減衰させ、磁性金属複合体層21において、磁性損失により2次的に電磁波を減衰させる作用をし、単層で構成された磁性金属複合体フィルムと比べ、その特性が顕著に優秀である。
上記多層フィルムにおいて、各層間の結合は、有機結合剤により分散された液状状態で、ドクターブレード(Dr.Blade)、バーコーティング(bar coating)、スピンコーティング(spin coating)法等により均一にコーティングするか、あるいは、粘着剤、接着剤、両面テープにより機械的に結合するか、圧着により形成することができる。
一方、図2(b)に示されているように、伝導性高分子層22が上部側に位置し、その下部に磁性金属複合体層21を積層して、接着部材23及び離型フィルム24を設けた構造を採用することもできる。
また、本発明の一実施例として、3層の多層型電磁波吸収フィルムであって、図2(c)に示されているように、磁性金属複合体層22を中心にして上・下部に伝導性高分子層21を結合させた構造、または、図2(d)に示されているように、伝導性高分子層21を中心にして上・下方に磁性金属複合体層22が結合される構造を採ることもできる。
本発明による多層薄型電磁波吸収フィルムの効果を調べるために、電磁波吸収率を以下のような方法で測定した。
本発明の電磁波吸収フィルムの電磁波吸収率を測定するために、図3に示されているように、マイクロストリップ回路基板81の上部は、約2mmの幅と80mmの長さを有する銅83がプリントされており、その終端を3.5mmのSMA型端子85と連結する。
マイクロストリップ回路基板の下部は、銅層84で構成され、一定の大きさを有する吸収フィルム82を銅線の上部に位置させて、電磁波吸収率の測定を行う。
上記の発明に使用された電磁波吸収フィルムの大きさは、一辺が50mmの長さを有する正方形形状であり、上記電磁波吸収率測定装置を用いた電磁波吸収フィルムの減衰効果は、ベクタ回路網分析用装備と連結されて、一端子からもう一方の端子へ伝達される信号が減衰するように分析されることが分かる。
上記のような方法で測定した吸収率に対する結果が、図4に示されている。
図4に示されたグラフは、有機結合剤により分散結合された磁性金属複合体層上に伝導性高分子(PEDOT)をコーティングし、図2(a)に提示されたように2層で構成し、接着部材は、伝導性高分子層の下に結合させた構造で製造した、多層薄型フィルムの電磁波吸収率に関するものである。
磁性金属複合体層の膜厚を0.03mmに固定し、その上に、伝導性高分子の表面電気抵抗を、それぞれ、20Ω(71)、50Ω(72)、80Ω(73)、100Ω(74)、230Ω(75)、300Ω(76)で均一に制御して0.005〜0.020mmの膜厚でコーティングし、多層薄型フィルムの総膜厚を約0.05mmで構成した。
上記の図4のグラフ上におけるデータと、図1の電磁波吸収率のデータとを比較すると、図1に表された磁性金属複合体単層フィルムの膜厚による電波吸収率は、1GHz以下の周波数で全て30%以下であるのに対して、本発明では、1GHzの周波数で85%以上(74)の電磁波吸収率が得られることが分かる。
特に、本発明の磁性金属複合体層と伝導性高分子層との複層で電磁波吸収フィルムを構成する場合、500MHz以下の周波数においても磁性金属複合体層単層では具現しにくい優れた電磁波吸収率を具現することができるという特徴がある。
したがって、本発明の磁性金属複合体層と伝導性高分子層とを積層した本発明のフィルムにより、膜厚0.1mm以下を維持すると共に、電気的な短絡を防止しながら電磁波吸収率を35%以上に向上させることができる。
以上のように、本発明の好ましい実施例を中心に説明したが、本発明の範疇から外れない範囲内で、当業者によって適切に変更したり、或いは変形することができるのは勿論であり、このような変更や変形は、当然、本発明の精神を逸脱しない限り、本発明の権利範囲に属するものである。
さらに、本発明の技術的範囲は、明細書の詳細な説明に記載した内容に限定されないことは言うまでもない。
本発明により、膜厚0.1mm以下の薄型電磁波吸収フィルムの電磁波吸収特性を35%以上に向上させるために、一定の電気抵抗を示すように磁性金属複合体層上に伝導性高分子フィルムを積層し、10MHz〜6GHz以下の周波数で電磁波吸収率が35%以上に向上された薄型電磁波吸収フィルムを提供することができる。
また、伝導性高分子層と磁性金属複合体層とを積層して、電子機器における電磁波漏れ防止または電磁波雑音減衰用として減衰効果を極大化した、膜厚0.1mm以下の柔軟性を有する多層薄型電磁波吸収フィルムを提供することができる。
また、伝導性高分子であるPEDOTを磁性金属複合体上で直接重合し、コーティングした多層薄型電磁波吸収フィルムを提供することができる。
さらに、準マイクロ波帯域(quasi−microwave band:0.3〜3GHz)で50%以上の優れた減衰効果が得られる、膜厚0.1mm以下の多層薄型電磁波吸収フィルムを提供することができる。
磁性金属複合体層で構成された、膜厚0.1mm以下の電磁波吸収フィルムの膜厚による電磁波吸収率を示すグラフである。 本発明の多層薄型電磁波吸収フィルムの断面図である。(a)上部から、磁性金属複合体層−伝導性高分子層−接着部材−離型フィルム、(b)上部から、伝導性高分子層−磁性金属複合体層−接着部材−離型フィルム、(c)上部から、磁性金属複合体層−伝導性高分子層−磁性金属複合体層−接着部材−離型フィルム、(d)上部から、伝導性高分子層−磁性金属複合体層−伝導性高分子層−接着部材−離型フィルム。 本発明の多層薄型電磁波吸収フィルムの電磁波吸収率を測定するための装置図である。 本発明の多層薄型電磁波吸収フィルムの実施例で、電磁波吸収率を示すグラフである。
符号の説明
21 磁性金属複合体層
22 伝導性高分子
23 接着部材
24 離型フィルム

Claims (5)

  1. 100Ω〜300Ωの間の一定の電気抵抗を有するPEDOTから形成される伝導性高分子層と、軟磁性金属が有機結合剤により分散・結合された磁性金属複合体層とが、少なくとも2層以上の層状構造で構成され、0.1mm以下の膜厚からなる多層薄型電磁波吸収フィルムにおいて、前記伝導性高分子層のPEDOT層の電気抵抗を100Ω〜300Ωに制御し、500MHzの周波数帯域で電磁波吸収率を35%以上に向上させたことを特徴とする多層薄型電磁波吸収フィルム。
  2. 前記層状構造は、中間層に前記磁性金属複合体層が位置し、前記磁性金属複合体層の上下に前記伝導性高分子層が積層されるか、或いは、中間層に伝導性高分子層が位置し、上下に前記磁性金属複合体層が積層されることを特徴とする請求項1に記載の多層薄型電磁波吸収フィルム。
  3. 前記層状構造は、直接コーティングされるか、接着部材を用いるか、あるいは、圧着により結合されることを特徴とする請求項1または2に記載の多層薄型電磁波吸収フィルム。
  4. 前記伝導性高分子層は、前記PEDOTのモノマー溶液が前記磁性金属複合体上に直接コーティングされて、モノマー溶液が乾燥し、重合しながら形成されることを特徴とする請求項1、2または3に記載の多層薄型電磁波吸収フィルム。
  5. 前記伝導性高分子層は、前記PEDOTがPETフィルムまたはPPフィルム上にコーティングされて、製造されることを特徴とする請求項1、2、3または4に記載の多層薄型電磁波吸収フィルム。
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