JP6106825B2 - 複合電磁波吸収シート - Google Patents
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Description
図1及び図4に示すように、第一の複合電磁波吸収シート1aは、(a) プラスチックフィルム11と、その少なくとも一面に設けた単層又は多層の金属薄膜12とを有し、金属薄膜12に多数の実質的に平行で断続的な線状痕122が不規則な幅及び間隔で複数方向に形成された第一の電磁波吸収フィルム10aと、(b) 磁性粒子又は非磁性導電性粒子が分散した樹脂又はゴムからなる第二の電磁波吸収フィルム20とからなる。
第一の電磁波吸収フィルム10aは、図4(a) に示すように、プラスチックフィルム11の少なくとも一面に単層又は多層の金属薄膜12が形成された構造を有する。図4(a)〜図4(d)は、プラスチックフィルム11の一面全体に形成された金属薄膜12に実質的に平行で断続的な多数の線状痕122(122a,122b)が二方向に形成された例を示す。
プラスチックフィルム11を形成する樹脂は、絶縁性とともに十分な強度、可撓性及び加工性を有する限り特に制限されず、例えばポリエステル(ポリエチレンテレフタレート等)、ポリアリーレンサルファイド(ポリフェニレンサルファイド等)、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン等)等が挙げられる。強度及びコストの観点から、ポリエチレンテレフタレートが好ましい。プラスチックフィルム11の厚さは10〜100μm程度で良く、好ましくは10〜30μmである。
金属薄膜12を形成する金属は導電性を有する限り特に限定されないが、耐食性及びコストの観点からアルミニウム、銅、銀、錫、ニッケル、コバルト、クロム及びこれらの合金が好ましく、特にアルミニウム、銅、ニッケル及びこれらの合金が好ましい。金属薄膜の厚さは0.01μm以上が好ましい。厚さの上限は特に限定的でないが、実用的には10μm程度で十分である。勿論、10μm超の金属薄膜を用いても良いが、高周波数の電磁波の吸収能はほとんど変わらない。金属薄膜の厚さは0.01〜5μmがより好ましく、0.01〜1μmが最も好ましい。金属薄膜12は蒸着法(真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理蒸着法、又はプラズマCVD法、熱CVD法、光CVD法等の化学気相蒸着法)、めっき法又は箔接合法により形成することができる。
図4(b)〜図4(d) に示すように、金属薄膜12に多数の実質的に平行で断続的な線状痕122a,122bが二方向に不規則な幅及び間隔で形成されている。なお、説明のために図4(c) 及び図4(d) では線状痕122の深さを誇張している。二方向に配向した線状痕122は種々の幅W及び間隔Iを有する。後述するように、線状痕122はランダムに付着した硬質微粒子(ダイヤモンド微粒子)を有するパターンロールの摺接により形成されるので、線状痕の横手方向間隔Iはパターンロール上の硬質微粒子の間隔により決まり、長手方向間隔Iは硬質微粒子の間隔及びパターンロールと複合フィルムの相対的な周速により決まる。以下横手方向間隔Iについて説明するが、その説明は長手方向間隔にも当てはまる。線状痕122の幅Wは線状痕形成前の金属薄膜12の表面Sに相当する高さで求め、線状痕122の間隔Iは線状痕形成前の金属薄膜12の表面Sに相当する高さで求める。線状痕122が種々の幅W及び間隔Iを有するので、複合電磁波吸収シートは広範囲にわたる周波数の電磁波を効率良く吸収することができる。
図6(a) 及び図6(b) に示すように、金属薄膜12に線状痕122の他に多数の微細貫通穴13をランダムに設けても良い。微細穴13は、表面に高硬度微粒子を有するロールを金属薄膜12に押圧することにより形成することができる。図6(b) に示すように、微細穴13の開口径Dは線状痕形成前の金属薄膜12の表面Sに相当する高さで求める。微細穴13の開口径Dは90%以上が0.1〜1000μmの範囲内にあるのが好ましく、0.1〜500μmの範囲内にあるのがより好ましい。また微細穴13の平均開口径Davは0.5〜100μmの範囲内にあるのが好ましく、1〜50μmの範囲内にあるのがより好ましい。
図8(a)〜図8(e) はプラスチックフィルム上の金属薄膜に線状痕を二方向に形成する装置の一例を示す。この装置は、(a) 金属薄膜−プラスチック複合フィルム100を巻き出すリール21と、(b) 複合フィルム100の幅方向と異なる方向で金属薄膜12の側に配置された第一のパターンロール2aと、(c) 第一のパターンロール2aの上流側で金属薄膜12の反対側に配置された第一の押えロール3aと、(d) 複合フィルム100の幅方向に関して第一のパターンロール2aと逆方向にかつ金属薄膜12の側に配置された第二のパターンロール2bと、(e) 第二のパターンロール2bの下流側で金属薄膜12の反対側に配置された第二の押えロール3bと、(f) 第一及び第二のパターンロール2a,2bの間で金属薄膜12の側に配置された電気抵抗測定手段4aと、(g) 第二のパターンロール2bの下流側で金属薄膜12の側に配置された電気抵抗測定手段4bと、(h) 線状痕付き金属薄膜−プラスチック複合フィルム1を巻き取るリール24とを有する。その他に、所定の位置に複数のガイドロール22,23が配置されている。各パターンロール2a,2bは、撓みを防止するためにバックアップロール(例えばゴムロール)5a,5bで支持されている。
図1に示すように、第一の複合電磁波吸収シート1aを構成する第二の電磁波吸収フィルム20は磁性粒子又は非磁性導電性粒子が分散した樹脂又はゴムからなる。
磁性粒子には磁性金属粒子及び磁性非金属粒子がある。磁性金属粒子としては、純鉄、Fe-Si合金、Fe-Al合金、センダスト等のFe-Si-Al合金、パーマロイ、非晶質合金等の粒子が挙げられる。磁性非金属粒子としては、Ni-Znフェライト、Cu-Znフェライト、Mn-Znフェライト等のフェライトの粒子が挙げられる。
第二の電磁波吸収フィルム20を形成する樹脂は、磁性粒子及び非磁性導電性粒子の分散性及び絶縁性とともに十分な強度、可撓性及び加工性を有する限り特に制限されず、例えばポリエステル(ポリエチレンテレフタレート等)、ポリアリーレンサルファイド(ポリフェニレンサルファイド等)、ポリアミド、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン等)等が挙げられる。
(c) 組成
第二の電磁波吸収フィルム20における磁性粒子又は非磁性導電性粒子の含有量は10〜60体積%であるのが好ましい。磁性粒子又は非磁性導電性粒子の含有量が10体積%未満であると、第二の電磁波吸収フィルム20は十分な電磁波吸収能を発揮しない。一方、60体積%超であると、磁性粒子又は非磁性導電性粒子の樹脂又はゴムへの分散が困難である。磁性粒子又は非磁性導電性粒子の含有量はより好ましくは30〜50体積%である。
一般に第二の電磁波吸収フィルム20は厚い程高い電磁波吸収能を発揮するが、厚すぎると小型の電子機器及び通信機器内の回路に配置するのが困難となる。従って、第二の電磁波吸収フィルム20の厚さは1 mm以下が好ましく、0.5 mm以下がより好ましい。第二の電磁波吸収フィルム20の厚さの下限は実用的には0.1 mm程度である。
図2に示すように、第二の複合電磁波吸収シート1bは、金属薄膜12の上に順にカーボンナノチューブ薄層14を形成した以外、第一の複合電磁波吸収シート1aと同じである。図7(a) はカーボンナノチューブ薄層14が形成された金属薄膜12が単層の例を示し、図7(b) はカーボンナノチューブ薄層14が形成された金属薄膜12が二層の金属薄膜121a,121bである例を示す。図示の例では、カーボンナノチューブ薄層14上にプラスチック保護層15が設けられている。
カーボンナノチューブ自体は単層構造でも多層構造でも良い。多層カーボンナノチューブは10 nm〜数10 nmの外径を有し、凝集なしに均一な薄い層に形成し易いだけでなく、導電性に優れているので好ましい。カーボンナノチューブ薄層14は、0.01〜0.5 g/m2の厚さ(塗布量)を有するのが好ましい。カーボンナノチューブ薄層14が0.01 g/m2より薄いと、電磁波吸収能の向上及び均一化効果が不十分であり、また0.5 g/m2より厚いと、カーボンナノチューブの凝集を防止するのが難しく、カーボンナノチューブ薄層14は不均一化する。カーボンナノチューブ薄層14の厚さはより好ましくは0.02〜0.2 g/m2であり、最も好ましくは0.04〜0.1 g/m2である。
第一の電磁波吸収フィルム10aのハンドリングを容易にするとともに、金属薄膜12及びカーボンナノチューブ薄層14を保護するために、図7(a) 及び図7(b) に示すように、金属薄膜12上にプラスチック保護層15を形成しても良い。プラスチック保護層15用のプラスチックフィルムはベースとなるプラスチックフィルム11と同じでも良い。保護層15の厚さは5〜30μm程度が好ましく、10〜20μm程度がより好ましい。プラスチック保護層15は、プラスチックフィルムを熱ラミネートすることにより形成するのが好ましい。プラスチック保護層用プラスチックフィルムがPETフィルムの場合、熱ラミネート温度は110〜150℃で良い。
図3に示すように、第三の複合電磁波吸収シート1cは、第一の電磁波吸収フィルム10aの代わりに第四の電磁波吸収フィルム10cを用いた点で、第一の複合電磁波吸収シート1aと異なる。そこで、第四の電磁波吸収フィルム10cについて以下詳細に説明する。
図13に示すように、第四の電磁波吸収フィルム10cは、プラスチックフィルム11の一方の面に蒸着法により磁性金属薄膜12aを形成した後、110〜180℃の範囲内の温度で熱処理してなり、(a) 磁性金属薄膜12aの光透過率(波長660 nmのレーザ光)が3〜50%であり、(b) 第四の電磁波吸収フィルム10cから切り出した10 cm×10 cmの正方形の試験片の磁性金属薄膜の対向辺部に、辺全体を覆う長さの一対の電極を配置し、平坦な加圧板を介して3.85 kgの荷重をかけて測定したときの磁性金属薄膜12aの表面抵抗が10〜200Ω/□である。
磁性金属薄膜12aは非常に薄いために、図14に示すように、厚さが不均一であり、厚く形成された領域12a’と、薄く形成された領域又は全く形成されていない領域12b’とがある。そのため、磁性金属薄膜12aの厚さを正確に測定するのは困難である。そこで、本発明では磁性金属薄膜12aの厚さを波長660 nmのレーザ光の透過率(単に「光透過率」という。)で表す。光透過率は磁性金属薄膜12aの任意の複数箇所の測定値を平均して求める。測定箇所数が5以上であると、光透過率の平均値は安定する。プラスチックフィルム11の厚さが30μm以下であるとプラスチックフィルム11自身の光透過率はほぼ100%であるので、第四の電磁波吸収フィルム10cの光透過率が磁性金属薄膜12aの光透過率と一致する。しかし、プラスチックフィルム11がそれより厚い場合には、第四の電磁波吸収フィルム10cの光透過率からプラスチックフィルム11の光透過率を引いた値が磁性金属薄膜12aの光透過率である。
光透過率が3〜50%と薄い磁性金属薄膜12aの表面抵抗は測定方法により大きく異なることが分った。そのため、磁性金属薄膜12aと電極との接触面積をできるだけ大きくするとともに、磁性金属薄膜12aと電極とができるだけ均一に密着するように、図15に示す装置を用いて、加圧下での直流二端子法(単に「加圧二端子法」と言う)により表面抵抗を測定する。具体的には、硬質な絶縁性平坦面上に磁性金属薄膜12aを上にして載置した10 cm×10 cmの第四の電磁波吸収フィルム10cの正方形試験片TP1の対向辺部に、長さ10 cm×幅1 cm×厚さ0.5 mmの電極本体部16aと、電極本体部16aの中央側部から延びる幅1 cm×厚さ0.5 mmの電極延長部16bとからなる一対の電極16,16を載置し、試験片TP1と両電極16,16を完全に覆うようにそれらの上に10 cm×10 cm×厚さ5 mmの透明アクリル板17を載せ、透明アクリル板17の上に直径10 cmの円柱状重り18(3.85 kg)を載せた後で、両電極延長部16b,16b間を流れる電流から表面抵抗を求める。
光透過率が3〜50%で、表面抵抗が10〜200Ω/□と非常に薄い磁性金属薄膜12aは、図14に示すように全体的に厚さムラがあり、比較的厚い領域12a’と比較的薄い(又は薄膜がない)領域12b’とを有する。比較的薄い領域12b’は磁気ギャップ及び高抵抗領域として作用し、近傍界ノイズにより磁性金属薄膜12a内を流れる磁束及び電流を減衰させると考えられる。しかし、このような薄い磁性金属薄膜12aの状態は製造条件により大きく異なり、一定の光透過率及び表面抵抗を有する磁性金属薄膜12aを安定的に形成するのは非常に困難であることが分った。そこで鋭意研究した結果、蒸着法により形成した磁性金属薄膜12aに対して、プラスチックフィルム11の熱収縮が起こり得る100℃超の温度で熱処理すると、磁性金属薄膜12aの表面抵抗は若干低下するとともに安定化し、経時変化が実質的になくなることが分った。延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムのように熱収縮が起こり得るプラスチックフィルムに対して100℃を超す温度で熱処理を行うということは、従来では全く考えられないことであった。しかし、110〜180℃の範囲内の温度で短時間(例えば10分〜1時間)熱処理すると、プラスチックフィルム11が僅かに熱収縮するだけで、磁性金属薄膜12aの表面抵抗が僅かに低下するとともに安定化し、もって電磁波ノイズ吸収能も安定化することが分った。ここで、電磁波ノイズ吸収能の安定化とは、電磁波ノイズ吸収能の経時変化が実質的になくなるだけでなく、製造条件によるばらつき及び製造ロット間のばらつきも低下することを意味する。
(1) 伝送減衰率
伝送減衰率Rtpは、図16(a) 及び図16(b) に示すように、50ΩのマイクロストリップラインMSL(64.4 mm×4.4 mm)と、マイクロストリップラインMSLを支持する絶縁基板220と、絶縁基板220の下面に接合された接地グランド電極221と、マイクロストリップラインMSLの両端に接続された導電性ピン222,222と、ネットワークアナライザNAと、ネットワークアナライザNAを導電性ピン222,222に接続する同軸ケーブル223,223とで構成されたシステムを用い、マイクロストリップラインMSLに複合電磁波吸収シートの試験片TP2を粘着剤により貼付し、0.1〜6 GHzの入射波に対して、反射波S11の電力及び透過波S21の電力を測定し、下記式(1):
Rtp=−10×log[10S21/10/(1−10S11/10)]・・・(1)
により求める。
図16(a) 及び図16(b) に示すシステムにおいて、入射した電力Pin=反射波S11の電力+透過波S21の電力+吸収された電力(電力損失)Plossが成り立つ。従って、入射した電力Pinから反射波S11の電力及び透過波S21の電力を差し引くことにより、電力損失Plossを求め、Plossを入射電力Pinで割ることによりノイズ吸収率Ploss/Pinを求める。
内部減結合率(イントラ・デカップリング・レイシオ)Rdaは、同じプリント基板内での結合がノイズ抑制シートによりどの程度減衰するかを示すもので、図17に示すように、ネットワークアナライザNAに接続した一対のループアンテナ301,302の近傍にノイズ抑制シートの試験片TPを載置し、0〜6 GHzの高周波信号が一方のループアンテナ301から他方のループアンテナ302に送信されるときの減衰率を測定することにより求める。
相互減結合率(インターデカップリングレイシオ)Rdeは、2つのプリント基板間又は部品間での結合がノイズ抑制シートによりどの程度減衰するかを示すもので、図18に示すように、ネットワークアナライザNAに接続した一対のループアンテナ301,302の間にノイズ抑制シートの試験片TPを載置し、0〜6 GHzの高周波信号が一方のループアンテナ301から他方のループアンテナ302に送信されるときの減衰率を測定することにより求める。
粒径分布が50〜80μmのダイヤモンド微粒子を電着したパターンロール32a,32bを有する図12に示す構造の装置を用い、厚さ16μmの二軸延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム11の一面に真空蒸着法により形成した厚さ0.05μmのアルミニウム薄膜12に、図5(c)に示すように直交する二方向に配向した線状痕122a’,122b’を形成し、第一の電磁波吸収フィルム10aを作製した。線状痕付きアルミニウム薄膜12の光学顕微鏡写真から、線状痕122a’,122b’は下記特性を有することが分った。
幅Wの範囲:0.5〜5μm
平均幅Wav:2μm
間隔Iの範囲:2〜30μm
平均間隔Iav:20μm
平均長さLav:5 mm
鋭角側の交差角θs:90°
厚さ16μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム11に真空蒸着法により目標光透過率(波長660 nm)27.0%のNi薄膜12aを形成し、長尺の蒸着フィルムを作製した。長尺の蒸着フィルムの任意の部分からA4サイズ(210 mm×297 mm)のサンプルSを切り取り、図23(a) 及び図23(b) に示すように、各サンプルSをNi薄膜12aを下にして加熱装置240のホットプレート241上に載置し、A4サイズで厚さ3 mmのテフロン(登録商標)製断熱シート242、及びA4サイズで厚さ2 mmの鉄板243を載せた後、150℃で30分間熱処理を行い、第四の電磁波吸収フィルム10cを得た。熱処理による熱収縮は約1%であった。
第二の電磁波吸収フィルム20として、フェライト粒子を含有する市販の厚さ0.1 mmの磁性ノイズ抑制シート(NECトーキン株式会社製の「バスタレイド」)を用い、その0.1〜6 GHzの周波数範囲における伝送減衰率Rtp及びノイズ吸収率Ploss/Pin、及び0〜6 GHzの周波数範囲における内部減結合率Rda及び相互減結合率Rdeを測定した。結果をそれぞれ図28〜図31に示す。
第二の電磁波吸収フィルム20として、市販の厚さ0.2 mmのカーボン含有導電性ノイズ抑制シートを用い、その0.1〜6 GHzの周波数範囲における伝送減衰率Rtp及びノイズ吸収率Ploss/Pin、及び0〜6 GHzの周波数範囲における内部減結合率Rda及び相互減結合率Rdeを測定した。結果をそれぞれ図32〜図35に示す。
参考例1で得られた第三の電磁波吸収フィルム10bに、第二の電磁波吸収フィルム20としてフェライト粒子を含有する市販の厚さ0.1 mmの磁性ノイズ抑制シート(NECトーキン株式会社製の「バスタレイド」)を接着し、図2に示す第二の複合電磁波吸収シート1bを得た。第二の複合電磁波吸収シート1bの0.1〜6 GHzの周波数範囲における伝送減衰率Rtp及びノイズ吸収率Ploss/Pin、及び0〜6 GHzの周波数範囲における内部減結合率Rda及び相互減結合率Rdeをそれぞれ図36〜図39に示す。図36〜図39から明らかなように、第三の電磁波吸収フィルム10bと磁性ノイズ抑制シート20からなる実施例1の第二の複合電磁波吸収シート1bは、第三の電磁波吸収フィルム10b単独(参考例1)及び第二の電磁波吸収フィルム20単独(比較例1)の場合より優れた電磁波吸収能を有していた。
粒径分布が50〜80μmのダイヤモンド微粒子を電着したパターンロール32a,32bを有する図12に示す構造の装置を用い、厚さ16μmの二軸延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム11の一面に真空蒸着法により形成した厚さ0.05μmのアルミニウム薄膜12に、図5(c)に示すように直交する二方向に配向した線状痕122a’,122b’を形成し、第一の電磁波吸収フィルム10aを作製した。線状痕付きアルミニウム薄膜12の光学顕微鏡写真から、線状痕122a’,122b’は下記特性を有することが分った。
幅Wの範囲:0.5〜5μm
平均幅Wav:2μm
間隔Iの範囲:2〜30μm
平均間隔Iav:20μm
平均長さLav:5 mm
鋭角側の交差角θs:90°
参考例2で得られた第四の電磁波吸収フィルム10cに、第二の電磁波吸収フィルム20としてフェライト粒子を含有する市販の厚さ0.1 mmの磁性ノイズ抑制シート(NECトーキン株式会社製の「バスタレイド」)を接着し、図3に示す第三の複合電磁波吸収シート1cを得た。第三の複合電磁波吸収シート1cの0.1〜6 GHzの周波数範囲における伝送減衰率Rtp及びノイズ吸収率Ploss/Pin、及び0〜6 GHzの周波数範囲における内部減結合率Rda及び相互減結合率Rdeをそれぞれ図44〜図47に示す。図44〜図47から明らかなように、第四の電磁波吸収フィルム10cと磁性ノイズ抑制シート20からなる実施例3の第三の複合電磁波吸収シート1cは、第四の電磁波吸収フィルム10c単独(参考例2)及び第二の電磁波吸収フィルム20単独(比較例1)の場合より優れた電磁波吸収能を有していた。
Claims (4)
- (a) プラスチックフィルムと、その少なくとも一面に設けた単層又は多層の金属薄膜とを有し、前記金属薄膜に多数の実質的に平行で断続的な線状痕が不規則な幅及び間隔で複数方向に形成された第一の電磁波吸収フィルムと、(b) 磁性粒子又は非磁性導電性粒子が分散した樹脂又はゴムからなる第二の電磁波吸収フィルムとからなり、前記第一の電磁波吸収フィルムの金属薄膜上にカーボンナノチューブ薄層が形成されており、前記カーボンナノチューブ薄層の塗布量で表した厚さが0.01〜0.5 g/m2であることを特徴とする複合電磁波吸収シート。
- 請求項1に記載の複合電磁波吸収シートにおいて、前記線状痕が二方向に配向しており、その交差角が30〜90°であることを特徴とする複合電磁波吸収シート。
- 請求項1又は2に記載の複合電磁波吸収シートにおいて、前記線状痕の幅は90%以上が0.1〜100μmの範囲内にあって、平均1〜50μmであり、前記線状痕の横手方向間隔は1〜500μmの範囲内にあって、平均1〜200μmであることを特徴とする複合電磁波吸収シート。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の複合電磁波吸収シートにおいて、前記金属薄膜がアルミニウム、銅、銀、錫、ニッケル、コバルト、クロム及びこれらの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種の金属からなることを特徴とする複合電磁波吸収シート。
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