JP5103780B2 - 電磁波干渉抑制シート、高周波信号用フラットケーブル、フレキシブルプリント基板 - Google Patents

Description

本発明はデジタル電子機器から生ずる不要電磁波の干渉を抑制する電磁波干渉抑制用シートであって、樹脂中にカルボニル鉄と繊維状導電性カーボン含む電磁波干渉抑制用シートと該電磁波干渉抑制用シートを使用した高周波信号用フラットケーブル、フレキシブルプリント基板に関するものである。

近年、デジタル電子機器の進歩は目覚しいものがあるが、特に携帯電話、デジタルカメラやノート・パソコンに代表されるモバイル電子機器においては動作信号の高周波化と小型化・軽量化の要求が顕著であり、電子部品や配線基板の高密度実装が最大の技術課題の一つである。

電子機器の電子部品や配線基板の高密度実装と動作信号の高周波化が進んできたために、雑音を発生する部品と他の部品との距離が取れなくなってきており、電子機器のマイクロプロセサやＬＳＩ、液晶パネルなどから放射される不要輻射を抑える用途で電磁波干渉抑制シートが使われている。本用途におけるような近傍電磁界における電磁波の吸収反射現象は、従来から知られている遠方電磁界（電磁波が平面波の場合）におけるような伝送線理論を用いた解析が困難であるために（橋本修、「電波吸収体の動向」、電子情報通信学会誌、Ｖｏｌ．８６
Ｎｏ．１０ ｐｐ．８００−８０３、２００３年１０月）、電磁波干渉抑制用シートの設計は経験に依存する部分が大きい。最近では、特許文献１及び特許文献２におけるような、近傍電磁界における電磁波吸収のために軟磁性粉末として偏平状金属磁性粉末を樹脂に配合したタイプの電磁波干渉抑制用シートが使用されている。

これまでに、軟磁性粉末として、平均粒径１０μｍの偏平状のＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を９０重量％（組成１および３に関して、合金粉末密度を６．９ｋｇ／ｌ、樹脂分密度を１．１ｋｇ／ｌとして計算すると、５８．９ｖｏｌ％）含有させた電磁波干渉抑制体が開示されている。電磁波干渉抑制体の厚みは１．２ｍｍである（特許文献１）。

また製造法においては、「偏平状金属磁性粉末を樹脂および溶剤中に分散した磁性塗料を、離型層を有する基材上に塗布して乾燥した後、乾燥した塗布膜を剥離して磁性シートを得ることを特徴とする磁性シートの製造方法」が開示されている。磁性シートの乾燥膜厚が１２０μｍでセンダスト粉末の充填率が最大８０重量％（センダスト粉末密度を６．９ｋｇ／l、樹脂分密度を１．１ｋｇ／lとして計算すると、５６．０ｖｏｌ％）の磁性シールドシートが実施例にあり、特許文献１と比べて、より薄型の磁性シートが実現できることを示している。薄型の磁性シートは電子部品や配線基板の高密度実装により好適と考えられる（特許文献２）。

特開平７−２１２０７９号公報 特開２０００−２４４１７１号公報

デジタル電子機器の小型化・軽量化の進展によって電子部品や配線基板のより一層の高密度実装が求められ、さらに薄く、かつ近傍電磁界における電磁波吸収性能が優れ、電磁波反射の少ない電磁波干渉抑制用シートが強く求められている。通常、電磁波干渉抑制用シートを薄くすれば、電磁波吸収性能は低下するので、シートをさらに薄くするためには磁性粉末の含有量を高め、かつシートの実用的な柔軟性や強度を確保するとともに折り曲げ等による電磁波吸収性能の劣化を抑制する必要がある。

前記技術的課題は、次の通りの本発明によって達成できる。

即ち、本発明は、樹脂に、繊維長が１０μｍ〜１０ｍｍである繊維状導電性カーボンと、形態が球状であって平均粒径が1〜１０μｍであるカルボニル鉄を含んだ電磁波干渉抑制シートであって、前記繊維状導電性カーボンを３〜１０ｖｏｌ％、前記カルボニル鉄を５０〜７０ｖｏｌ％含み、該電磁波干渉抑制シートの厚さが１０〜１００μｍであることを特徴とする電磁波干渉抑制シートである（本発明１）。

また本発明は、本発明１の電磁波干渉抑制シートを用いた高周波信号用フラットケーブルである（本発明２）。

また本発明は、本発明１の電磁波干渉抑制シートを用いたフレキシブルプリント基板である（本発明３）。

本発明によれば、樹脂中に繊維状導電性カーボンとカルボニル鉄とを配合することにより、近傍電磁界における電磁波吸収が優れた電磁波干渉抑制シートを得ることができる。該繊維状導電性カーボンとカルボニル鉄を配合した磁性塗料を１０〜１００μｍの乾燥厚になるように塗布した後、熱加圧成形する本発明の製造方法によれば、近傍電磁界における電磁波吸収が優れ、かつ反射を抑制した高密度実装に適した電磁波干渉抑制シートを得ることができる。

本発明のカルボニル鉄の平均粒径はシート厚みの1／３以下が好適である。好ましくは１／５以下である。平均粒径が1／３を越えると電磁波干渉抑制用シートの表面の平滑性が低下するために、電磁波発生源へのシートの密着性が悪くなり、電磁波吸収性能が低下する。

本発明のカルボニル鉄は形態が球状であって、平均粒径が１〜１０μｍであることが、高充填が可能で且つ樹脂に均一分散が可能なので好ましい。平均粒径が１μｍ未満では、樹脂混合物が高粘度となり均一分散が困難なので好ましくない。１０μｍを越えると、高充填できないので好ましくない。平均粒径はより好ましくは、２〜８μｍである。

本発明におけるカルボニル鉄は、特に限定されるものではないが、必要によってはチタネート系、シラン系のカップリング剤での表面処理及び／又はリン酸系の表面処理を行ってもよい。カルボニル鉄に対して、０．１〜１．０ｗｔ％のカップリング剤で表面処理される。カップリング剤の処理量が０．１ｗｔ％未満では、樹脂に対する親和性を十分に高めることができないので酸化安定性を十分に維持できない。１．０ｗｔ％を越えるとインピーダンスが高くなり電磁波吸収量が低下する。好ましくは０．１〜０．５ｗｔ％である。
粒子表面にカルボニル鉄に対して、リン酸基準で０．１〜０．５ｗｔ％のリン酸で表面処理されている。リン酸量が０．１ｗｔ％未満になると、酸化安定性が低下すると共にインピーダンスが低くなり反射が大きくなる。リン酸量が０．５ｗｔ％を越えるとインピーダンスが高くなり吸収が低下する。好ましくは０．１〜０．４ｗｔ％である。

カップリング剤のうち、チタネート系カップリング剤としては、イソプロピルトリステアロイルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフェート）チタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミノエチル・アミノエチル）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスフェイト）チタネート、テトラ（２−２−ジアリルオキシメチル−１−ブチル）ビス（ジトリデシル）ホスフェイトチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）オキシアセテートチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）エチレンチタネート等が挙げられる。

シラン系カップリング剤としては、エラストマーのカップリング剤として好適なビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、２−（３、４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド等が挙げられる。

本発明の繊維状導電性カーボンは、炭素繊維を加工した繊維状カーボンであり、繊維長３〜２４ｍｍのカットファイバー、あるいは繊維長３０〜１５０μｍのミルドファイバーが好適である。電磁波干渉抑制シートに加工後の繊維長が、走査型電子顕微鏡でシート表面を観察時に１０μｍ〜１０ｍｍ程度になるようにするのが好ましい。１０μｍ未満ではシートを屈曲した時に電磁波吸収性能が劣化しやすい。１０ｍｍを越えると毛羽立つのでシートとして取り扱いにくくなる。加工後の繊維長はさらに好ましくは３０μｍ〜３ｍｍ程度である。

本発明における繊維状導電性カーボンとカルボニル鉄との体積比率は、３〜１０：５０〜７０となる。この範囲未満では、電磁波吸収量が低い。また範囲を超えると電磁波の反射が大きくなり、シート強度や柔軟性も低下するので好ましくない。より好ましくは３〜１０：５３〜７０であり、さらに好ましくは４〜８：５５〜７０である。

次に、本発明に係る電磁波干渉抑制用シートについて述べる。

本発明に係る電磁波干渉抑制用シートは繊維状導電性カーボンを３〜１０ｖｏｌ％とカルボニル鉄を５０〜７０ｖｏｌ％含有し、シートの厚みは１０〜１００μｍとするのが好適である。カルボニル鉄が５０ｖｏｌ％未満では、電磁波吸収量が低い。カルボニル鉄が７０ｖｏｌ％を越えると電磁波の反射が大きくなり、シート強度や柔軟性も低下するので好ましくない。
繊維状導電性カーボンを３〜１０ｖｏｌ％配合するとシートの折り曲げによる電磁波吸収特性の劣化が少なく好適である。さらに好ましくは４〜１０ｖｏｌ％である。繊維状導電性カーボンが３ｖｏｌ％未満ではシートの折り曲げによる電磁波吸収特性の劣化が大きく好ましくない。繊維状導電性カーボンが１０ｖｏｌ％を越えると分散が不良になり、均一なシートが得られず、また電磁波の反射が大きくなるので好ましくない。
本発明においては使用状態に応じて、シートの厚みは調整するが、１０μｍ未満ではシートとして強度不足となりやすい。１００μｍを越える厚みでは高密度実装された電子回路には厚すぎる。
折り曲げ試験前後の電磁波吸収量の維持率が８０％以上であることが好ましい。より好ましくは９０％以上である。

本発明の電磁波干渉抑制用シートは樹脂を１５〜３０ｖｏｌ％配合するのが好適である。１５ｖｏｌ％未満では、シートの屈曲性が悪い。３０ｖｏｌ％を越えると電磁波吸収量が低下する。樹脂にはスチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ウレタン系エラストマー、シリコーン系エラストマー等を使用することができる。スチレン系エラストマーにはＳＥＢＳ（スチレンエチレンブチレンスチレンブロック共重合体）等がある。エラストマーにアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂等を混合して使用することができる。

本発明に係る電磁波干渉抑制用シートは難燃剤を５〜２０ｖｏｌ％配合することが好適である。５ｖｏｌ％未満では難燃効果が不十分である。２０ｖｏｌ％を越えると吸収量が低下するので好ましくない。難燃剤にはポリリン酸メラミン、水酸化マグネシウム、ハイドロタルサイト等を使うのが好適である。好ましくは、水酸化マグネシウム、ポリリン酸メラミンである。

本発明に係る電磁波干渉抑制用シートは酸化防止剤を０．５〜３ｖｏｌ％配合することが好適である。０．５ｖｏｌ％未満では、耐酸化性が低いので好ましくない。３ｖｏｌ％を越えると吸収量が低下するので好ましくない。酸化防止剤には、２’，３−ビス［［３−［３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル］プロピオニル］］プロピオノヒドラジド（チバスペシャルティケミカルズ社製、ＩＲＧＡＮＯＸ
ＭＤ１０２４）等を用いるのが好適である。樹脂用の酸化防止剤としては、テトラキス［メチレン−３−(３‘，５’−ジ−ｔ−ブチル−４‘−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］、トリス−(３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル)-イソシアヌレート、Ｎ，Ｎ‘−ヘキサメチレンビス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシヒドロシンナミド）から樹脂に適合する物を選択する。ゴム系樹脂の酸化防止剤としては、東レ株式会社 ＣＴＰＩ Ｎ−シクロヘキシルチオフタルイミドが好適である。

本発明の電磁波干渉抑制用シートは、厚みが１００μｍ以下のシートにおいて、電磁波吸収量は、０．５ＧＨｚで１０％以上、３ＧＨｚで４０％以上と好適である。それ未満では、電磁波吸収量が不十分である。

本発明の電磁波干渉抑制用シートは、厚みが１００μｍ以下のシートにおいて、電磁波反射量は、０．１〜３ＧＨｚの周波数範囲において−５ｄＢ以下と好適である。それ以上では、電磁波反射量が大き過ぎるので望ましくない。

本発明に係る電磁波干渉抑制シートの製造法は、本発明の繊維状導電性カーボンとカルボニル鉄粉とを分散させた磁性塗料を塗布することによって、乾燥後の磁性シートの厚みを調整した後、熱加圧成形することが好適である。磁性塗料化することによって高充填で且つ均一な分散がおこなえるので好適である。

次に本発明に係る高周波信号用フラットケーブル及びフレキシブルプリント基板について述べる。

本発明の高周波信号用フラットケーブル及びフレキシブルプリント基板は、本発明の電磁波干渉抑制用シートを用い、基板の小型化及び配線基板自体のノイズ放射源を低減させる。これにより電子回路の高密度化され、駆動電圧を下げ、電流を高くすることを可能とし、耐ノイズ性を有する基板の施工を可能とする。

実施例に示す各測定値の測定方法を述べる。

［粉末材料の密度］
粉末材料の密度は次のようにして測定した。密度計、マイクロメリテックス社製マルチボリュム密度計１３０５型を用いて、粉末２８ｇ（Ｗ）を秤量セルに投入し、ヘリウムガス圧力サンプル体積（Ｖ）を求め密度を求めた。
密度＝Ｗ／Ｖ （ｇ／ｃｍ^３）

［電磁波吸収量と反射量の測定］
長さ１００ｍｍ、幅２．３ｍｍ、厚さ３５μｍ、インピーダンス５０Ωに調整したマイクロストリップラインを施工した基板により測定する。作製したシートを幅４０ｍｍ、長さ５０ｍｍに切り出し試験片とする。

マイクロストリップラインをヒューレットパッカード社製、ネットワークアナライザー８７２０Ｄに接続して、マイクロストリップラインのＳパラメータを測定する。マイクロストリップラインの長さ方向にシートの長さ方向を合わせ、それぞれの中心が一致するように装着する。シートと同一サイズの発泡倍率２０から３０倍の発泡ポリスチレンの厚さ１０ｍｍの板をシートに重ね、その上に３００ｇの荷重を載せた状態でＳパラメータを測定する。得られたＳパラメータから吸収量（％）と反射量（ｄＢ）を算出する。
吸収量 ＝（１−｜Ｓ_１１｜^２−｜Ｓ_２１|^２）／１×１００（％）
反射量 ＝ ２０ｌｏｇ｜Ｓ_１１|（ｄＢ）

折り曲げ試験は、幅４０ｍｍ、長さ５０ｍｍに切り出した試験片を、ストリップラインによる電磁波吸収量・反射量の初期特性を確認した後に、エッジを取った７０度の斜面を持つ厚さ３ｍｍのプラスチック板の下に敷き、試験片の短辺（４０ｍｍ）をプラスチック板の斜面を持つ辺に平行にして、斜面に沿って折り曲げ、試験片をエッジと斜面に密着させた状態で試験片を斜面を持つ辺に垂直な方向に引っ張りながら、引っ張る方向に軽く抑えたプラスチック板を滑らせ、試験片全体をできるだけまんべんなく順に折り曲げる。この操作を１０回行なった直後にストリップラインにより電磁波吸収量・反射量を測定し、特性の変化を確認する。

[実施例１]
シクロヘキサノンにスチレン系エラストマー（密度０．９ｇ／ｃｍ^３）を２０重量％溶解した溶液（日立化成工業株式会社製 ＴＦ−４２００Ｅ）に溶剤を除去後の体積比率が、繊維状導電性カーボン（東レ株式会社カットファイバーＴｒａｙｃａ ＴＳ１２ ００６−Ｃ 繊維長６ｍｍ、繊維径１μｍ、密度１．５ｇ／ｃｍ^３）が４ｖｏｌ％、カルボニル鉄（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ ｐｒｏｄｕｃｔｓ社製 Ｒ１４７０、粒径６．２μｍ、密度７．８ｇ／ｃｍ^３）が３５ｖｏｌ％、カルボニル鉄（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ ｐｒｏｄｕｃｔｓ社製 Ｓ３０００、粒径２μｍ、密度７．６ｇ／ｃｍ^３）が２３ｖｏｌ％、スチレン系エラストマーが２１ｖｏｌ％、難燃剤としてポリリン酸メラミン（三和ケミカル社製、ＭＰＰ−Ａ、密度１．８ｇ／ｃｍ^３）が８ｖｏｌ％と水酸化マグネシウム（協和化学製 キスマ５Ａ、密度２．４ｇ／ｃｍ^３）が８ｖｏｌ％となるように計量して、混合し、ＳＭＴ社製パワーホモジナイザーを用いて分速１５０００回転で６０分攪拌しスラリーを得た。その際、粘度調整のためにエラストマー溶液と同体積のエチルシクロへキサノンを添加した。得られたスラリーを真空脱泡処理した後、ドクターブレードを用いてキャリアフィルムに塗工し、有機溶剤乾燥後にシート厚みが８０μｍのシートを作製した。さらに得られたシートを、温度１３０℃、圧力９０ＭＰａ、加圧時間５分の条件下で成形して厚み４７μｍのシートを得た。
得られたシートは、表面が滑らかで屈曲性に優れたシートであった。又長さ１００ｍｍ、幅２．３ｍｍ、厚さ３５μｍ、インピーダンス５０Ωのマイクロストリップラインを用いてネットワークアナライザーによりＳパラメータを測定し、吸収量と反射量を計算した結果、５００ＭＨｚにおいて吸収が２１％、３ＧＨｚにおいて吸収が４９％、１００ＭＨｚから３ＧＨｚの反射が−１４ｄＢ以下であり、広い周波数範囲において吸収が高く、反射の低い、バランスに優れた特性であった。

このときの製造条件及び得られた電磁波干渉抑制用シートの初期特性を表１に、折り曲げ試験後の特性を表２に示す。

また、表２に示すように、折り曲げ試験後の電磁波吸収量の特性は劣化が少なく、優れた電磁波干渉抑制シートの特性を維持していた。

［実施例２、３、４、５］
実施例１と同様な方法で表１に記載された配合と板厚に調整したシートを作製し、マイクロストリップラインを用いたＳパラメータより吸収量と反射を測定した結果、全て板厚１００μｍ以下で、５００ＭＨｚにおける吸収量が１０％以上、３ＧＨｚにおける吸収量が４０％以上であり、かつ、１００ＭＨｚから３ＧＨｚにおける反射が全て−５ｄＢ以下であり、吸収が高く反射の低いバランスに優れた特性であった。なお、Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ ｐｒｏｄｕｃｔｓ社製カルボニル鉄Ｓ１６４１は粒径６．２μｍ、密度７．６ｇ／ｃｍ^３であった。

また、表２に示すように、いずれのシートについても折り曲げ試験後の電磁波吸収量の特性は８５％以上の維持率でほとんど劣化がなく、優れた電磁波干渉抑制シートの特性を維持していた。

［比較例１］
実施例１と同様にして、鉄、アルミニウム、ケイ素の重量比が８５：６：９、アスペクト比が１５〜２０、密度６．９ｇ／ｃｍ^３、平均粒径５０μｍの偏平金属粉を４７ｖｏｌ％となるように加熱圧縮成形後の板厚が１００μｍに調整したシートを作製した。５００ＭＨｚの吸収量が１０％、３ＧＨｚの吸収量が４３％、１００ＭＨｚから３ＧＨｚの反射は−１０ｄＢ以下であり吸収と反射のバランスに優れる物であるが、シート板厚が１００μｍである割には、実施例５対比大幅に吸収性能が劣っている。

［比較例２］
比較例２は比較例１と同様な配合でシートを作製し厚みを５００μｍに調整して表１の結果を得た。吸収と反射は良好な特性であったが、５００μｍと厚く高密度実装には適さない物であった。

[比較例３，４，５]
比較例３〜５は、実施例１と同様にして、表１の配合と板厚に調整したシートを作製した。比較例３〜５におけるいずれのシートも反射は−２０ｄＢ以下であったが、吸収が５００ＭＨｚにおいて４％未満、３ＧＨｚで２６％未満と吸収の少ない電磁波干渉抑制シートしか得られなかった。

[比較例６]
また、比較例６は、実施例１と同様にして、表１の配合と板厚に調整したシートを作成しようとしたが、繊維状導電性カーボンが分散しないため、塗料を塗布する事が出来なかった。

[比較例７,８]
比較例７と比較例８は、実施例１と同様にして、表１の配合と板厚に調整したシートを作成して表１の結果を得た。電磁波の吸収量と反射量の初期値は表１に示すように優れたものだったが、表２に示すように折り曲げ試験後の電磁波吸収量の特性が劣化しており、初期特性の維持率が８０％未満であり、折り曲げ等の実用的な条件下で電磁波干渉抑制シートとして取り扱うことには適さないものであった。

本発明に係る電磁波干渉抑制シートは、シートの板厚が薄い場合であっても広い周波数範囲において吸収量が高く、反射量の低い、バランスに優れた特性であるので、近傍電磁界における電磁波吸収特性が優れ、電磁波反射の少ない電磁波干渉抑制用シートに好適である。

折り曲げ試験の概略図である。

Claims (3)

1. 樹脂に繊維長が１０μｍ〜１０ｍｍである繊維状導電性カーボンと形態が球状であって平均粒径が1〜１０μｍであるカルボニル鉄とを含んだ電磁波干渉抑制シートであって、前記繊維状導電性カーボンを３〜１０ｖｏｌ％、前記カルボニル鉄を５０〜７０ｖｏｌ％含み、該電磁波干渉抑制シートの厚さが１０〜１００μｍであることを特徴とする電磁波干渉抑制シート。
2. 請求項１記載の電磁波干渉抑制シートを用いた高周波信号用フラットケーブル。
3. 請求項１記載の電磁波干渉抑制シートを用いたフレキシブルプリント基板。

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