JP6341948B2 - 電磁波シールド材 - Google Patents
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Description
樹脂層を構成する樹脂は150℃において降伏点をもたず、
電磁波シールド材を構成する金属箔と樹脂層のすべての組み合わせが下記の式(A)を満たし、
式(A):σM×dM×dR≧3×10-3
σM:金属箔の20℃における導電率(S/m)
dM:金属箔の厚み(m)
dR:樹脂層の厚み(m)
電磁波シールド材を構成する樹脂層の数をi、金属箔の枚数をjとすると、下記の式(B)を満たし、
fRa:a枚目の樹脂層の150℃、引張歪4%における応力(MPa)
dMb:b枚目の金属箔厚さ(μm)
fMb:b枚目の金属箔の150℃、引張歪4%における応力(MPa)
更に、電磁波シールド材を構成する金属箔の枚数をjとすると、1枚目からj枚目までのすべての金属箔について下記の式(C)を満たす電磁波シールド材である。
式(C):{(dRb1×fRb1)+(dRb2×fRb2)}/(dMb×fMb)≧0.8
b:1からjまでの整数
dRb1:b枚目の金属箔の一方の表面に隣接する樹脂層の厚さ(μm)
fRb1:b枚目の金属箔の一方の表面に隣接する樹脂層の150℃、引張歪4%における応力(MPa)
dRb2:b枚目の金属箔の他方の表面に隣接する樹脂層の厚さ(μm)
fRb2:b枚目の金属箔の他方の表面に隣接する樹脂層の150℃、引張歪4%における応力(MPa)
dMb:b枚目の金属箔厚さ(μm)
fMb:b枚目の金属箔の150℃、引張歪4%における応力(MPa)
本発明に係る電磁波シールド材に使用する金属箔の材料としては特に制限はないが、交流磁界や交流電界に対するシールド特性を高める観点からは、導電性に優れた金属材料とすることが好ましい。具体的には、導電率が1.0×106S/m(20℃の値。以下同じ。)以上の金属によって形成することが好ましく、金属の導電率が10.0×106S/m以上であるとより好ましく、30.0×106S/m以上であると更により好ましく、50.0×106S/m以上であると最も好ましい。このような金属としては、導電率が約9.9×106S/mの鉄、導電率が約14.5×106S/mのニッケル、導電率が約39.6×106S/mのアルミニウム、導電率が約58.0×106S/mの銅、及び導電率が約61.4×106S/mの銀が挙げられる。導電率とコストの双方を考慮すると、アルミニウム又は銅を採用することが実用性上好ましい。本発明に係るシールド材に使用する金属箔はすべて同一の金属であってもよいし、層毎に異なる金属を使用してもよい。また、上述した金属の合金を使用することもできる。金属箔表面には接着促進、耐環境性、耐熱及び防錆などを目的とした各種の表面処理層が形成されていてもよい。
複数枚の金属箔を樹脂層を介して密着積層することにより、電磁波シールド効果を顕著に向上させることが可能となると共に、金属箔の破断が抑制されるため成形加工性が有意に向上する。これにより、電磁波シールド材の軽量化と電磁波シールド効果の両立を図ることが可能となる。金属箔同士を直接重ねても、金属箔の合計厚みが増えることでシールド効果が向上するものの、顕著な向上効果は得られない。これは、金属箔間に樹脂層が存在することで電磁波の反射回数が増えて、電磁波が減衰されることによると考えられる。また、金属箔同士を直接重ねても成形加工性の向上効果を得ることはできない。
電磁波シールド材(単に「シールド材」ともいう。)は好ましくは二枚以上、より好ましくは三枚以上の金属箔が樹脂層を介して密着積層された構造とすることができる。電磁波シールド材の積層構造の例としては、以下が挙げられる。
(1)金属箔/樹脂層/金属箔
(2)金属箔/樹脂層/金属箔/樹脂層
(3)樹脂層/金属箔/樹脂層/金属箔/樹脂層
(4)金属箔/樹脂層/金属箔/樹脂層/金属箔/樹脂層
(5)樹脂層/金属箔/樹脂層/金属箔/樹脂層/金属箔/樹脂層
式(A):σM×dM×dR≧3×10-3
σM:金属箔の20℃における導電率(S/m)
dM:金属箔の厚み(m)
dR:樹脂層の厚み(m)
ZR:樹脂層のインピーダンス(Ω)=Z0×√(1/εR)
εR:樹脂層の20℃における比誘電率
γR:伝搬定数=j×2π√(εR/λ);jは虚数単位
λ:波長(m):1MHzでは300m
Z0:真空のインピーダンス=377Ω
A=1+ZR1γR1dR1σM2dM2+ZR2γR2dR2σM3dM3+ZR1γR1dR1σM3dM3+ZR1γR1dR1ZR2γR2dR2σM2dM2σM3dM3
B=ZR2γR2dR2+ZR1γR1dR1ZR2γR2dR2σM2dM2+ZR1γR1dR1
C=σM1dM1+σM2dM2+σM3dM3+γR1dR1/ZR1+γR2dR2/ZR2+ZR1γR1dR1σM1dM1+ZR1γR1dR1σM1dM1σM3dM3+ZR1γR1dR1ZR2γR2dR2σM1dM1σM2dM2σM3dM3+ZR2γR2dR2σM2dM2σM3dM3+ZR2γR2dR2σM3dM3γR1dR1/ZR1
D=ZR2γR2dR2σM1dM1+ZR2γR2dR2σM1dM1σM2dM2+ZR2γR2dR2σM2dM2+ZR1γR1dR1σM1dM1+ZR2γR2dR2γR1dR1/ZR1
式(C):{(dRb1×fRb1)+(dRb2×fRb2)}/(dMb×fMb)≧0.8
b:1からjまでの整数
dRb1:b枚目の金属箔の一方の表面に隣接する樹脂層の厚さ(μm)
fRb1:b枚目の金属箔の一方の表面に隣接する樹脂層の150℃、引張歪4%における応力(MPa)
dRb2:b枚目の金属箔の他方の表面に隣接する樹脂層の厚さ(μm)
fRb2:b枚目の金属箔の他方の表面に隣接する樹脂層の150℃、引張歪4%における応力(MPa)
dMb:b枚目の金属箔厚さ(μm)
fMb:b枚目の金属箔の150℃、引張歪4%における応力(MPa)
ここで、シールド材の最外層が金属箔である場合など、金属箔の一方又は両方の表面が樹脂層に隣接していない場合は、厚みが0、且つ、150℃、引張歪4%における応力が0である樹脂層が隣接していると仮定して(dRb1×fRb1)+(dRb2×fRb2)の計算を行う。
金属箔及び樹脂フィルムとして以下の材料を準備した。何れも市販品である。ポリイミドフィルムについては、150℃における降伏点が存在するものと存在しないものをそれぞれ用意した。その他の樹脂フィルムは何れも150℃における降伏点が存在しないものを選択した。降伏点がない場合を○、降伏点がある場合を×と評価し、表1に結果を示している。
Cu:圧延銅箔(20℃での導電率:58.0×106S/m、厚み:表1参照)
Al:アルミ箔(20℃での導電率:39.6×106S/m、厚み:表1参照)
PI:ポリイミドフィルム(20℃での比誘電率:3.5、融点:なし、厚み:表1参照)
PA:ポリアミドフィルム(20℃での比誘電率:6.0、融点:300℃、厚み:表1参照)
PP:ポリプロピレンフィルム(20℃での比誘電率:2.4、融点:130℃、厚み:表1参照)
PC:ポリカーボネートフィルム(20℃での比誘電率:3.0、融点:150℃、厚み:表1参照)
PU:ポリウレタンフィルム(20℃での比誘電率:6.5、融点:180℃、厚み:表1参照)
これらの金属箔及び樹脂フィルムを表1に記載の積層順に重ねた上で、接着剤を使用することなく、PIを使用した例では圧力4MPaで330℃×0.5時間、PAは圧力6MPaで300℃×0.5時間、PPは圧力6MPaで130℃×0.5時間、PCは圧力6MPaで140℃×0.5時間、PUは圧力6MPaで180℃×0.5時間の熱圧着を行い、金属箔及び樹脂フィルムが密着積層してなる電磁波シールド材を得た。
なお、導電率はJIS C2525:1999のダブルブリッジ法で測定した。比誘電率はJIS C 2151:2006に記載のB法により測定した。
上記の電磁波シールド材を磁界シールド効果評価装置(テクノサイエンスジャパン社 型式TSES−KEC)に設置して、25℃の条件下で、KEC法により200kHzにおける磁界シールド効果を評価した。結果を表1に示す。磁界シールド効果が25dB以上であった場合を◎、23dB以上25dB未満であった場合を○、23dB未満であった場合を×とした。結果を表1に示す。
90mm×90mmのシート状の各電磁波シールド材に対して、圧空成形試験機(北口精機社製、特注品)により、直径30mmの半球を作る金型にて、金型温度150℃、圧力1MPaの条件で成形試験を行った。この際の減肉率は約25%であった。成形品は、半球の外周面側が表1の「積層構造」の欄に示す最も右側の材料となるように製造した。
成形試験後の成形品に対する割れの有無を確認した。割れの有無は成形品の最外層のみならず、X線CT(東芝ITコントロールシステム製マイクロCTスキャナ、TOSCANER32251μhd、管電流120μA、管電圧80kV)により内部を観察することにより確認した。成形品の外表面又は内部に金属箔又は樹脂フィルムの割れが観察された場合を成形性が×、割れが観察されない場合を成形性が○とした。さらに割れが観察されなかったものについて、2枚以上の金属箔に局所的な減肉が認められたものを○、いずれかの金属箔に局所的な減肉が認められたものを◎、いずれの金属箔にも局所的な減肉が認められなかったものを◎◎とした。結果を表1に示す。
実施例1〜13に係る電磁波シールド材は、優れた磁界シールド効果を示すことが分かる。一方で、これらの電磁波シールド材は金属箔の総厚みが小さく、軽量化が実現されており、成形加工性も良好であった。
一方、比較例1及び2は金属箔を一枚しか使用していないことでシールド効果が不十分であった。特に比較例2においては300μmもの厚みの大きな金属箔を使用しているにもかかわらず、実施例1〜13よりもシールド効果が小さかった。
比較例3は降伏点を有する樹脂フィルムを使用したことで、成形試験で割れが生じた。
比較例4は式(A)を満たさなかったため、十分なシールド効果を得ることができなかった。
比較例5及び6は降伏点を有する樹脂フィルムを使用したことで、成形試験で割れが生じた。
比較例7は式(B)を満たさなかったため、成形試験で割れが生じた。
比較例8は式(B)及び式(C)を満たさなかったため、成形試験で割れが生じた。
比較例9は式(C)を満たさなかったため、成形試験で割れが生じた。
Claims (6)
- 少なくとも二枚の金属箔が樹脂層を介して密着積層された構造を有する電磁波シールド材であって、
樹脂層を構成する樹脂は150℃において降伏点をもたず、
電磁波シールド材を構成する金属箔と樹脂層のすべての組み合わせが下記の式(A)を満たし、
式(A):σM×dM×dR≧3×10-3
σM:金属箔の20℃における導電率(S/m)
dM:金属箔の厚み(m)
dR:樹脂層の厚み(m)
電磁波シールド材を構成する樹脂層の数をi、金属箔の枚数をjとすると、下記の式(B)を満たし、
fRa:a枚目の樹脂層の150℃、引張歪4%における応力(MPa)
dMb:b枚目の金属箔厚さ(μm)
fMb:b枚目の金属箔の150℃、引張歪4%における応力(MPa)
更に、電磁波シールド材を構成する金属箔の枚数をjとすると、1枚目からj枚目までのすべての金属箔について下記の式(C)を満たす電磁波シールド材。
式(C):{(dRb1×fRb1)+(dRb2×fRb2)}/(dMb×fMb)≧0.8
b:1からjまでの整数
dRb1:b枚目の金属箔の一方の表面に隣接する樹脂層の厚さ(μm)
fRb1:b枚目の金属箔の一方の表面に隣接する樹脂層の150℃、引張歪4%における応力(MPa)
dRb2:b枚目の金属箔の他方の表面に隣接する樹脂層の厚さ(μm)
fRb2:b枚目の金属箔の他方の表面に隣接する樹脂層の150℃、引張歪4%における応力(MPa)
dMb:b枚目の金属箔厚さ(μm)
fMb:b枚目の金属箔の150℃、引張歪4%における応力(MPa) - 電磁波シールド材を構成する各金属箔の20℃における導電率が1.0×106S/m以上である請求項1に記載の電磁波シールド材。
- 電磁波シールド材を構成する各金属箔の厚みが4〜50μmである請求項1又は2に記載の電磁波シールド材。
- 電磁波シールド材を構成する各樹脂層の20℃における比誘電率が2.0〜10.0である請求項1〜3の何れか一項に記載の電磁波シールド材。
- 電磁波シールド材を構成する各樹脂層の厚みが4〜500μmである請求項1〜4の何れか一項に記載の電磁波シールド材。
- 電磁波シールド材を構成する金属箔及び樹脂層は熱圧着によって密着積層されている請求項1〜5の何れか一項に記載の電磁波シールド材。
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