KR20150086586A - 열전도성 emi 억제 조성 - Google Patents

Abstract

전자기 및 RF 복사를 억제하기 위한 인터페이스 패드는 제 1 표면과, 대체로 대향된 제 2 표면과, 두 표면 사이의 두께로 구성된되며, 상기 인터페이스 패드는 열전도도와, 전기 저항과, 20℃에서 10-70 Shore 00 사이의 경도를 나타낸다. 인터페이스 패드는 전자 부품의 간섭과 흔히 연관되어 있는 전자기 및/또는 RF 복사를 감쇠시킬 수 있다.

Description

열전도성 EMI 억제 조성{THERMALLY CONDUCTIVE EMI SUPPRESSION COMPOSITIONS}

본 발명은 일반적으로 전자기파 및 RF-파 억제 물질에 관한 것이고, 특히, 발열 전기 장치 및 히트 싱크 구조와 연계하여 사용하기 위한 열전도성 인터페이스 제품에 관한 것으로서, 상기 인터페이스 제품은 전자기파 및 RF-파의 통과를 억제하는 기능을 한다. 본 발명은 전기 절연성 인터페이스를 제공하면서 전자기파 및 RF-파 간섭을 억제할 수 있도록 개별 기능층들을 갖는 인터페이스 제품을 형상하기 위한 방법에 또한 관련된다.

열전도성 인터페이스 물질은 히트 싱킹 구조에 발열 전자 부품을 작동가능하게 연결하기 위해 전자 산업에서 폭넓게 이용되고 있다. 더욱 일반적으로, 이러한 열전도성 인터페이스 물질은 집적 회로(IC), 중앙 프로세싱 유닛(CPU), 및 비교적 고밀도의 전도성 트레이스 및 저항기 요소를 지닌 기타 전자 부품들과 같은, 발열 전자 부품과 연계하여 사용된다. 특히, 열전도성 인터페이스 물질은 핀-형(finned) 히트 싱크 구조와 같은, 히트 싱크 구조에 이러한 발열 전자 장치를 연결하는데 종종 사용된다. 이러한 방식으로, 전자 부품에 의해 발생된 과량의 열 에너지가 열전도성 인터페이스 물질을 통해 히트 싱크 구조로 배출될 수 있다.

소정의 전자 장치들은 과량의 열 에너지를 발생시킴에 추가하여, 다양한 주파수 사이에서 전자기파를 생성한다. 이러한 전자기파는, 전자기 파형 또는 RF 파형을 수신하도록 조정된 및/또는 수신하기 쉬운 다른 전자 장치와 함께, 전자기 간섭(EMI) 및/또는 RF 간섭(RFI)을 야기하는 효과를 가질 수 있다. 전자기 간섭 및 RF 간섭에 민감한 장치들은, 예를 들어, 셀룰러 폰, 휴대용 라디오, 랩탑 컴퓨터, 등을 포함한다.

전자기 간섭 및/또는 RF 간섭에 민감한 휴대용 전자 장치들의 보급이 높아짐에 따라, 이러한 장치들에 대한 내부 전자 부품의 제조사들은 전자기파-생성 장치에 인접하여 배치되는 열전도성 인터페이스 물질에 전자기파-흡수 물질을 포함시키고 있다. 따라서, 인터페이스를 통해 전자기파 및/또는 RF-파의 투과를 흡수, 반사, 또는 그렇지 않을 경우, 억제하는 작동 특성을 지닌 구조물이 열 인터페이스 물질에서 구현되고 있다. 그 결과, 이러한 열 인터페이스 물질 구조는 열 인터페이스 물질을 취급하는 대응하는 전자 부품으로부터 전자기파 및/또는 RF-파의 투과를 억제하면서, 동시에, 열 방출 경로를 제공하는 기능을 한다.

그러나, 오늘날까지 이러한 특성을 제공하기 위해 제안된 열 인터페이스 물질 구조는 열 인터페이스 물질 백본 매트릭스 내의 복사 억제 물질의 균질 또는 준-균질 산포를 이용한다. 이렇게 함에 있어서, 결과적인 조성은 낮은 전기 저항의 전체적 구조를 가능하게 한다. 종래의 전자기 간섭 및/또는 RF 간섭 억제 구조의 비교적 낮은 전기 저항은 인터페이스를 통해 각자의 열 및 간섭 복사-발생 전자 부품에 연결되는 히트 싱크와 같은 적절히 구조물을 적절히 전기적으로 분리시키는데 실패하고 있다. 그러나, 이러한 전기적 분리가 선호되거나 요구되는 많은 응용예들이 존재한다.

종래의 EMI 억제 물질은 또한 비교적 강체형인 경향이 있어서, 열 전도체로서의 효과를 저하시킨다. 종래의 EMI 억제 인터페이스에서의 순응성 결여는 EMI 억제 간섭과 연결된 부품들 사이의 에어 갭으로 귀결된다. 이러한 에어 갭은 상대적 열 장벽으로 작용하고, 인터페이스의 전체 열전도도를 감소시킨다. 더욱이, 비교적 비-순응성의 종래의 인터페이스 구조는 히트 싱크 장치의 조립시, 특히, 히트 싱크 또는 외부 EMI 차폐물이 EMI 억제 인터페이스에 압입-끼워맞춤(press fit)될 때, 취약한 전기 부품을 손상시킬 수 있다.

본 발명의 목적은 전자기 및/또는 RF 복사의 투과를 억제하도록 작용하는 전기 절연성 열 인터페이스 물질을 제공하는 것이다.

열 인터페이스 구조의 지정 부분 내에만 국한되는 전자기 및 RF 간섭 억제 조성을 포함하는 전기 절연성 열 인터페이스 물질 구조를 제공하는 것이 본 발명의 다른 하나의 목적이다.

복수의 개별 물질층으로 형성되는 열전도성 인터페이스 제품을 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이며, 이러한 층들 중 일부 지정 층들만이 전자기 및 RF 복사 억제 물질을 함유한다.

전기 절연부들 사이에 삽입되는 인터페이스 제품의 일부분 내에만 수용되는 전자기 및 RF 간섭 억제 물질과, 전기 절연 및 열전도성 물질로 제조되는 제 1 및 제 2 주노출면을 갖는 전기 절연 및 열전도성 인터페이스 제품을 제공하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.

전자기 및 RF 복사 억제 특성을 갖는 열전도성 인터페이스 물질을 구성하는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 추가적인 목적이며, 상기 방법은 이질적 조성을 갖는 개별 물질층들을 개별적으로 구성하는 단계를 포함한다.

전자기 및/또는 RF 복사를 억제하는데 효과적이고, 조립 프로세스에서 전자 부품의 보호를 위해 연성을 가지면서 개선된 열전도도를 위해 순응성을 갖도록 저-탄성율을 나타내는, 전기 절연성 열 인터페이스를 제공하는 것이 본 발명의 다른 하나의 목적이다.

본 발명을 이용하면, 복사-감지 장비로의 투과를 감소 및/또는 제거하도록 수용 및/또는 반사함으로써, 전자 부품으로부터 전자기 및 RF 복사 방출을 억제할 수 있다. 본 발명의 전자기 및 RF 간섭 억제 장치는 집적 회로 응용예와 연계하여 유용한 구조를 포함하며, 이러한 구조는 전자기 및 RF 간섭 억제 특성을 제공하면서, 동시에, 집적 회로 조립체와 직접 접촉하도록 배치될 수 있는, 전기 절연체를 제공한다. 더욱이, 인터페이스는 연성 및 등각형성가능하도록 비교적 낮은 체적 탄성율을 나타내는 것이 바람직할 수 있다.

특정 실시예에서, 본 발명의 인터페이스 패드는 제 1 표면과, 대향된 제 2 표면과, 두 표면 사이의 두께로 구성되는 본체를 포함한다. 상기 본체는 두께를 따라 적어도 1W/m·K의 열전도도와, 20℃에서 10-70 Shore 00 사이의 경도와, 적어도 10⁸Ω·m의 체적 전기 저항을 나타낸다. 본체는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 1 부분은 자성 금속 분말, 자성 금속 합금 분말, 카본 섬유, 그래파이트, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 자성 세라믹, Mn-Zn, Ni-Zn, Fe-Co, Fe-Si로부터 단독으로 또는 조합하여 선택되는 전자기 복사 억제 물질을 포함한다.

추가적인 실시예에서, 전자기 간섭 억제 장치는 기판에 고정되고 인클로저를 형성하는 차폐 부재와, 상기 인클로저 내에서 상기 기판에 장착되는 전자 부품을 포함한다. 상기 장치는 적어도 약 1dB 만큼 1-10 GHz 사이의 파형 주파수를 갖는 복사를 감소시킬 수 있는 간섭 억제체를 더 포함한다. 상기 간섭 억제체는 적어도 1W/m·K의 열전도도와, 20℃에서 10-70 Shore 00 사이의 경도와, 적어도 10⁸Ω·m의 체적 전기 저항을 나타낸다. 상기 간섭 억제체는 상기 전자 부품과 상기 차폐 부재 사이에서 상기 인클로저 내에 배치된다.

추가적인 실 시예에서, 본 발명의 전자기 간섭 억제 장치는 제 1 표면과, 대향된 제 2 표면과, 두 표면 사이의 두께로 구성되는 본체를 포함하며, 상기 본체는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 1 부분은 폴리머 매트릭스에 산포된 전자기 복사 억제 물질을 포함한다. 상기 전자기 복사 억제 물질은 자성 금속 분말, 자성 금속 합금 분말, 카본 섬유, 그래파이트, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 자성 세라믹, Mn-Zn, Ni-Zn, Fe-Co, Fe-Si로부터 단독으로 또는 조합하여 선택된다. 상기 제 1 부분은 상기 제 1 및 제 2 표면 중 적어도 하나로부터 이격되고, 20℃에서 10-70 Shore 00 사이의 경도를 갖는다. 상기 제 2 부분은 상기 제 1 및 제 2 표면 중 적어도 하나와 함께 연장되고, 20℃에서 10-70 Shore 00 사이의 경도를 갖는다.

도 1은 본 발명의 인터페이스 제품의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 인터페이스 제품의 단면도이며,
도 3은 본 발명의 인터페이스 제품의 단면도이고,
도 4는 도 3에 예시되는 인터페이스 제품의 사시도이며,
도 5는 전자기 간섭 억제 장치에 사용되는 종래 기술의 억제 인터페이스의 개략적 단면도이고,
도 6은 본 발명의 전자기 간섭 억제 장치의 개략적 단면도이며,
도 7A는 본 발명의 전자기 간섭 억제 장치에 대해 테스트되는 복사의 반사 손실을 보여주는 차트이고,
도 7B는 본 발명의 전자기 간섭 억제 장치에 대해 테스트되는 복사의 산입 손실을 보여주는 차트이며,
도 7C는 본 발명의 전자기 간섭 억제 장치에 대해 테스트되는 복사의 반사 손실을 보여주는 차트이고,
도 7D는 본 발명의 전자기 간섭 억제 장치에 대해 테스트되는 복사의 삽입 손실을 보여주는 차트다.

본 발명에 의해 제시되는 다른 목적, 특징, 및 개선사항들과 함께 위에서 열겨된 목적 및 장점은, 발명의 다양한 가능 구조를 나타내고자 하는, 첨부 도면을 참조하여 설명되는, 상세한 실시예와 관련하여 이제 제시될 것이다. 발명의 다른 실시예 및 형태는 당 업자의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.

"전자기파", "전자기 간섭", "RF-파", "RF 간섭", "EMI", 및 "RFT"는 프로세서, 송신기, 수신기, 등과 같은 전자 부품의 정규 작동과 간섭을 일으킬 수 있는 복사(파)를 의미한다. 이러한 복사(파)는 통상적으로 1-10GHz 범위 내에 있을 수 있다. 앞서 언급한 용어 및 다른 유사 용어들은 이러한 주파수 범위의 복사(파)를 나타내고자 하며, 따라서, 본 발명의 물질에 의해 영향받는(흡수, 반사, 수용, 등) 복사 전송을 규정하도록 상호혼용가능하게 사용될 수 있다.

이제 도면을, 첫번째로 도 1을, 참조하면, 본 발명의 인터페이스 패드(10)가 서로에 대해 대체로 대향하는 관계로 제 1 측부(12) 및 제 2 측부(14)를 포함하고, 그 사이에 패드(10)의 두께 "T"를 형성한다. 인터페이스 패드(10)는 제 1 측부(12)를 따라 배치되는 제 1 부분(18)과, 제 2 측부(14)를 따라 배치되는 제 2 부분(20)과, 제 1 부분(18) 및 제 2 부분(20) 사이에 삽입되는 제 3 부분(22)을 포함하는 것이 바람직하다. 선호되는 실시예에서, 인터페이스 패드(10)는 제 3 부분(22) 내로만 국한되는 전자기 및/또는 RF 간섭 억제 물질(32)을 포함한다. 억제 물질(32)은 제 3 부분(22)의 열가소성 또는 열경화성 폴리머 매트릭스에 산포된 미립 충전재 형태인 것이 바람직하다. 이러한 간섭 억제 물질(32)은 다양한 전자기 및 RF 복사 흡수 또는 반사 물질로부터 선택될 수 있다. 넓은 주파수 범위에 걸쳐 전자기 복사를 흡수하는데 유용한 물질은 철 또는 철 합금과 같은, 자성 금속 분말을 포함한다. 다른 자성 물질, 자성 금속 옥사이드 세라믹, 그래파이트/카본 분말, 및 그속 합금 충전재를, 철 또는 철 합금 분말에 추가하여, 또는 그 대신에, 사용할 수 있다. 더욱이, 비-금속 충전재도 전자기 간섭 억제 물질로 유용하다.

유용한 간섭 억제 물질(32)의 구체적인 예시 예는 폴리머 매트릭스 백본 내에 단독으로 있는 자성 세라믹과, 보론 나이트라이드, 폴리아크릴로니트릴, 그래파이트뿐 아니라, 은, 구리, 카본, 및 그래파이트와 같은 전도성 금속 및 비금속 충전재, 및 철 합금, 그리고, Mn-Zn, Ni-Zn, Fe-Ni, Fe-Si, Fe-Al, Fe-Co를 포함한다. 위 물질들은 예시적인 것에 불과하며, 당 업계에 알려진 다양한 간섭 억제 물질의 이용을 제한하고자 하는 것이 아니다. 통상적으로, 간섭 억제 물질(32)은 인터페이스를 통한 복사의 전송을 요망 정도로 감소시키기에 효과적인 로딩 농도(loading concentration)를 갖는 미립자 형태다. 복사 억제 물질의 예시적인 미립자 로딩 농도는 약 120 phr이다.

억제 물질(32)은 열가소성 또는 열경화성 폴리머 매트릭스 내에 산포되는 것이 바람직하다. 제 3 부분(22)의 폴리머 매트릭스에 유용한 열가소성 및 열경화성 수지의 예는 예를 들어, 실리콘, 아크릴, 우레탄, 에폭시, 폴리설파이드, 폴리이소부틸렌, 폴리비닐- 또는 폴리올레핀-계 폴리머를 포함한다. 이러한 열가소성 또는 열경화성 수지로부터 발전되는 폴리머 매트릭스는 비교적 연성 및 가요성을 갖는 기판을 제공하여, 제 3 부분(22)의 부피 대비 약 5 내지 85% 사이의 농도로 억제 물질(32)이 산포될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 제 3 부분(22)은 열 에너지의 전달을 돕기 위해 열전도성 충전재 물질을 더 포함할 수 있다. 이러한 열전도성 충전재는 당 업계에 잘 알려져 있고, 예를 들어, 알루미나, 알루미늄 나이트라이드, 알루미늄 하이드록사이드, 알루미늄 옥사이드, 보론 나이트라이드, 징크 나이트라이드, 및 실리콘 카바이드를 포함한다. 다른 열전도성 미립자 충전재 물질은 인터페이스 패드(10)의 다양한 열전도성 부분에 유용한 것으로 본 발명에 의해 고려되며, 열전도성 충전재 물질 각각은 폭넓게 이용되고 당 업계에 잘 알려져 있다. 열전도성 충전재 물질은 제 3 부분(22)을 적어도 약 0.25W/m·K의 열전도도 값으로, 더욱 바람직하게는 약 1.0 내지 5.0W/m·K 사이로 실현하도록 약 5 내지 90% 사이의 부피비의 농도로 제 3 부분(22) 내에 산포될 수 있다.

도 1에 도시되는 실시예에서, 제 1 및 제 2 부분(18, 20)은 전기 절연 특성을 인터페이스 패드(10)에 제공하도록 전기 절연 물질로부터 제조되는 것이 바람직하다. 이러한 용도를 위해, "전기적으로 분리된" 및 "전기 절연성"이라는 용어는 컴퓨터, 셀룰러폰, 컴퓨터 서버, 텔레비전, 및 컴퓨터 모니터, 컴퓨터 태블릿, 등과 같은 전자 장치에서 통상적으로 발견되는 전자 부품의 정규 작동 전압에서 인터페이스를 통한 전기적 전송을 최소화 또는 제거하기에 충분한 전기 저항을 갖는 물질을 의미하는 것이다. 인터페이스 패드(10)와 같은 본 인터페이스의 예시적인 부피 전기 저항은 적어도 약 10⁸Ω·m일 수 있다. 일부 실시예에서, 요망되는 부피 전기 저항은 약 10¹⁰Ω·m일 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 부분(18, 20)은 실리콘, 폴리에틸렌, 폴리부타디엔, 아크릴, 에폭시 및 우테탄과 같은 비교적 연성 및 가요성을 갖는 전기 절연 기판으로 제조되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 형태는 전자기 및 RF 복사 억제 물질(32)이 제 3 부분(22)에만 국한될 수 있고 인터페이스 패드(10)의 제 1 및 제 2 부분(18, 20)에는 포함되지 않는 점에 있다. 이러한 방식으로, 제 1 및 제 2 부분(18, 20)은 전기 전도 억제 물질(32)을 내부에 포함시키지 않음으로써 전기 절연 성질을 유지한다.

그러나, 바람직한 경우, 제 1 및 제 2 부분(18, 20) 중 하나 이상은 제 3 부분(22)과 관련하여 앞서 설명한 물질로부터 선택된 열전도성 충전재 물질을 포함할 수 있다. 이와 같이, 제 1 및 제 2 부분(18, 20)은 제 1 및 제 2 측부(12, 14) 중 하나 또는 둘 모두가 각자의 전자 부품과 접촉하도록 위치할 때 발열 부품으로부터 열 에너지가 배출되어 히트 싱크 부품에 전달될 수 있도록, 열 인터페이스 매체를 제공하는 것이 바람직하다. 제 1, 2, 3 부분(18, 20, 22)이 열전도성 충전재 물질을 포함하는 바람직한 실시예에서, 완전하고 효율적인 열 경로가 인터페이스 패드(10)의 두께 "T"를 통해 제공되며, 두께 "T"는 약 0.01 내지 0.5 인치 사이의 값이다. 다시 말해서, 예를 들어, 발열 전자 부품과 인접하여 제 1 측부(12)를 배치하는 응용예에서, 효율적인 열 경로는 인터페이스 패드(10)의 제 1 측부(12)로부터 순차적으로 제 1 부분(18), 제 3 부분(22), 및 제 2 부분(20)을 통해 제 2 측부(14)까지로, 그리고 이어서, 인터페이스 패드(100)의 제 2 측부(14)에 인접하여 배치되는 히트 싱크 부품까지로 구축된다.

바람직한 경우, 제 1, 제 2, 제 3 부분(18, 20, 22) 각각에 사용되는 백본 물질은 인터페이스 패드(10)에 전체적으로 연성 및 가요성 특성을 제공한다. 구체적으로, 인터페이스 패드(10)는 약 5MPa 미만의 전체 탄성율, 특히, 1MPa 미만의 체적 탄성율과, 약 10 Shore 00 및 50 Shore A 사이의 체적 경도, 특히, 10 Shore 00과 70 Shore 00 사이의 벌크 경도를 나타내는 것이 바람직하며, 이 모두는 20℃의 상온에서 측정된 값이다. 인터페이스 패드는 20℃에서 15 Shore 00과 30 Shore 00 사이의 경도를 나타내는 것이 더욱 바람직할 수 있다. 일부 실시예에서, 경도는 전체적으로 인터페이스 패드(10)를 나타낼 수 있고, 다른 실시예에서, 경도 값은 전자 부품 및/또는 히트 싱크 및 차폐 부재와 접촉하며 순응하기 위한 외측 표면층에 적용될 수 있다. 이러한 가요성 및 연성은 인터페이스 패드(10)의 각자의 제 1 및 제 2 측부(12, 14) 및 대응하는 전자 부품 및 히트 싱크 사이에 갭을 형성치 않으면서 각자의 전자 부품의 불균일한 표면에 인터페이스 패드(10)를 붙일 수 있게 한다. 낮은 탄성율 및 경도값에 의해 인도되는 인터페이스 패드(10)의 등각성 형태는 열 전달 효율을 최대화시키도록, 그리고, 열 전달 및 EMI 차폐 인터페이스를 통해 전자 부품에 대해 히트 싱크 및/또는 차폐부의 조립시 전자 부품에 대한 손상 위험을 최소화시키도록, 열 인터페이스 물질과 관련 전자 부품 사이의 연속적인 접촉 영역을 보장함에 있어서 중요하다. 이를 위해, 인터페이스 패드(10)의 제 1 및 제 2 측부(12, 14)에서 외측 주변 경계를 구성하는 물질은 상온에서 연성을 갖는 것이 바람직하고, 심지어 20℃에서 액체로 없어도 될 수 있다.

조립 과정에서 전자 부품에 대한 손상 위험을 최소화시키고 열 전달의 이점을 취함에 추가하여, 본 인터페이스 물질의 연성 및 순응성 특성은 다른 복사원에 의해 야기되는 간섭에 연루되기 쉽거나, 또는 전자기 복사를 방출하고 있는, 전자 부품 구조를 "에워쌀"(wrap around) 수 있음으로써, 개선된 전자기 차폐/억제를 또한 제공할 수 있다. 본 발명의 인터페이스와 종래의 EMI 억제 인터페이스 사이의 그림을 통한 대조가 도 5 및 도 6에 예시되며, 종래 기술의 인터페이스(900)는 비교적 강체형이고, 회로 보드(960) 상에 장착된 전자 부품(950)과 히트 싱크/복사 차폐부(960) 사이에 고정된다. 전형적인 이러한 배열에서, 종래 기술의 인터페이스(900)는 전자 부품(950)의 제 1 표면(952)에 위치한다. 종래 기술의 인터페이스(900)의 상대적 강성 및 경도로 인해, 에어 갭은 인터페이스(900)와 제 1 표면(952) 사이에, 그리고 인터페이스(900)와 차폐부(970) 사이에 남기 쉽다. 더욱이, 기판/회로 보드(960)에 차폐부(970)를 조립함으로써, 인터페이스(900)에 힘을 가하게 되고, 그 상대적 강성으로 인해, 힘이 전자 부품(950)에 전달되게 된다. 일부 경우에, 이러한 힘이 전자 부품(950)을 손상시킬 수 있다.

도 6의 인터페이스(310)에 예시되는 바와 같이 본 인터페이스는, 기판/회로 보드(960)에 차폐부/히트 싱크(970)를 장착할 때 앞서 설명한 장착 힘의 전달을 최소화시키는 정도로 연성, 가요성, 순응성을 갖는 것이 바람직하다. 전자 부품(950)에 전달되는 대신에, 장착 힘은 연성 및 순응성 특성으로 인해, 인터페이스(310)의 변형에서 흡수된다. 더욱이, 연성, 가요성, 및 순응성 인터페이스(310)는 열 전달-방해 에어 갭을 최소화 또는 제거하기 위해, 차폐부/히트 싱크(970)의 내측 표면(972)에, 그리고 전자 부품(950)의 제 1 표면(952)에 등각으로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 인터페이스(310)는 전자 부품(950)과 차폐부/히트 싱크(970) 사이에 더욱 효율적인 열 브리지를 구축한다.

본 인터페이스(310)의 추가적인 장점이 도 6에 예시되며, 인터페이스(310)의 연성 및 가요성으로 인해, 단부(320)가 전자 부품(950)을 에워사게 된다. 그 결과, 전자 부품(950)의 측부 표면(954)으로부터 방출되는 간섭 가능성있는 복사가 또한 인터페이스(310)에 의해 흡수, 수용, 또는 반사된다. 이러한 방식으로, 가요성 인터페이스 패드(310)는 부품(950)으로부터 간섭 가능성있는 복사의 방출을 더욱 완전하게 방지하도록 전자 부품(950) 주위로 복사 억제 캡슐화를 실질적으로 형성할 수 있다. 인터페이스 부재(310)는 부품(950)의 작동과 간섭을 일으킬 수 있는 유입 복사로부터 전자 부품(950)을 또한, 또는, 대신하여, 보호할 수 있다. 따라서, 인터페이스(310)는 유출 및 유입 간섭 복사 모두에 대해 억제형 차폐부로 작용할 수 있다.

인터페이스(310)가 전자 부품(950)을 에워싸거나 실질적으로 캡슐화하도록 충분한 연성 및 가요성을 가질 수 있으나, 인터페이스(310)의 조작성질을 실현하도록 체적 탄성율 또는 체적 경도 특성이 이와 같은 것이 선호된다. 다시 말해서, 인터페이스(310)가 취급 및 조립시 비교적 안정할만한 충분한 경도와, 앞서 설명한 순응성 및 가요성 양쪽의 장점 모두를 제공하는 작업가능한 범위 내에 있는 연성을 갖는 것이 요망된다. 10-70 Shore 00 사이를 포함하는 앞서 설명한 경도 범위는 출원인에 의해 발견된 것으로서, 자동화 장비 사용시를 포함한 취급의 용이성과 함께, 복사 차폐 및 열 전달 측면에서 조합하여 유용한 균형을 맞출 수 있다. 일부 실시예에서, 인터페이스(310)는 상온에서 비교적 안정한 자체-지지체일 수 있고, 또는, 폼-인-플레이스 응용예(form-in-place applications)에 대해 액체로 없어질 수 있는 경우를 포함하여, 점성이 더 낮을 수 있다. 앞서 설명한 경도 및 탄성율 범위는 상온에서 설치될 때 현 인터페이스에 적용하는 것을 의도한다. 작동 조건 하에서, 고온에서, 특히, 상-변화 물질이 본 인터페이스의 폴리머 매트릭스에 이용될 경우에, 본 인터페이스의 경도 값은 감소할 수 있다.

제 1, 2, 3 부분(18, 20, 22) 각각의 폴리머 매트릭스는 응용예마다 요망되는 바와 같이 동일한 또는 서로 다른 물질로 제조될 수 있고, 인터페이스 패드(10)의 전체 탄성율 및 경도는 중요한 형태로 작용한다. 각자의 충전재 물질은 아래 설명되는 바와 같이, 순차적 층 형성 방법에 따라 인터페이스 패드(10)의 각자 부분 내에 요망되는 바와 같이 혼합 및 매칭될 수 있다.

도 1을 참조하여 설명되는 인터페이스 패드(10)의 구조는 패드(10)의 제 1 및 제 2 측부(12, 14)에 배치되는 전기 절연부(18, 20)의 통합으로 인해 전기적으로 분리된 구조를 제공한다. 그 결과, 인터페이스 패드(10)는 각자의 부품들이 서로로부터 전기적으로 분리되고자 하는 응용예에 사용될 수 있다. 더욱이, 인터페이스 패드(10)의 구조로 인해, 제 3 부분(22) 내에 억제 물질(32)을 포함시킴으로써 전기적 분리 및 전자기 및 RF 복사 억제가 가능해진다. 따라서, 패드(10)의 제 1 측부(12)에 연결되는 부품으로부터 나타나는 전자기 및/또는 RF 간섭은 패드(10)의 두께 "T" 전체를 통과하지 않도록 제 3 부분(22)에 의해 상당분 흡수 또는 반사된다. 바람직한 경우, EMI 및 RFI의 적어도 약 10%에서 최대 약 90%까지가 예를 들어, 제 1 측부(12)에 위치한 소스를 향해 다시 반사되거나 흡수된다. 따라서, 본 발명의 인터페이스 패드(10)를 통해 약 90% 미만의 EMI 또는 RFI가 통과될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 적어도 1dB의 복사 감쇠가 인터페이스 패드에 의해 실현된다. 이러한 차폐 효과의 척도가 다음 관계에 의해 측정될 수 있다:

S = 20logT_i/I₀

이때, S = 차폐 효과

T_i = 투과 복사

I₀ = 입사 복사

이러한 차폐 효과 척도는 전자기 복사 차폐시 물질의 효과를 결정하기 위해 당 업계에 잘 알려져 있다.

상술한 바와 같이, 인터페이스 패드(10)에 의해 제공되는 추가적인 활용성은 적어도 소정의 부분의 열전도도에 있다. 바람직한 실시예에서, 제 1, 2, 3 부분(18, 20, 22) 각각은 인터페이스 패드(10)의 전체 두께 "T"를 비교적 높은 열전도도 값(> 1^W/_m*k)을 갖는 것으로 실현하도록 내부에 배치되는 열전도도 충전재 물질을 포함한다. 이러한 방식으로, EMI 및 RFI 투과가 실질적으로 억제되면서, 열 에너지가 인터페이스 패드(10)를 통과할 수 있다.

도 2에 예시되는 본 발명의 다른 실시예에서, 인터페이스 패드(110)는 인터페이스 패드(10)와 관련하여 앞서 설명한 바와 같은 구조를 포함하고, 상기 구조는 제 1 및 제 2 측부(112, 114) 사이에 배치되는 전기 절연 차폐 부재(134)를 포함한다. 차폐 부재(134)는 글래스, 그래파이트, 등으로 제조되는 직물과 같은 전기 절연 물질로 제조되는 것이 바람직하다. 따라서, 차폐 부재(134)는 인터페이스 패드(110)의 두께 "T"를 통한 전기 전도에 대한 추가적인 장벽을 제공한다. 추가적으로, 차폐 부재(134)는 비교적 고형의 기판층으로 인터페이스 패드(110)에 대한 물리적 강화를 제공한다. 도 2에 예시되는 실시예에서, 차폐 부재(134)는 제 1 또는 제 2 부분(118, 120)에 배치되는 것이 바람직할 수 있으나, 대신에 제 3 부분(122) 내에 배치될 수도 있다. 추가적으로, 복수의 개별 차폐 부재(134)들이 응용예에 따라 요망되는 바에 따라, 인터페이스 패드(110) 내에 통합될 수 있다.

차폐 부재(134)는 길이 "L" 및 폭 "W"에 의해 형성되는 인터페이스 패드(110)의 면적전체에 걸쳐 연장되는 것이 바람직하지만, 대신에, 인터페이스 패드(110)의 면적 일부분에만 걸쳐 연장될 수도 있다.

본 발명의 추가적인 실시예가, 제 1 측부 및 제 2 측부(212, 214) 사이에 배치되는 간섭 억제부(222)를 포함하는 인터페이스 패드(210)로 도 3에 예시된다. 간섭 억제부(222)는 도 1의 제 3 부분(22)을 참조하여 설명한 바와 같은 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 간섭 억제부(222)는 인터페이스 패드(210)의 유효 면적 중 일부분에만 걸쳐 연장된다. 도 4는 간섭 억제 물질(232)이 단독으로 국한되는 간섭 억제부(222)의 에워싸인 속성을 추가로 예시한다.

아래에서 더 설명되는 바와 같이, 인터페이스 패드(210)와 같은, 본 발명의 인터페이스 패드는, 복수의 개별 물질층의 조합으로 제조될 수 있다. 이와 같이, 인터페이스 패드(210)는 앞서 설명한 바와 같은 전기 절연 물질을 포함하는 제 1 층(203)과, 복수의 상호 개별 부분(205, 206, 222)들을 갖는 제 2 층(204)과, 앞서 설명한 바와 같은 전기 절연 물질을 포함하는 제 3 층(207)을 포함한다. 제 2 층(240)의 개별 부분(205, 206)은 간섭 억제부(222)로부터 분리된, 인터페이스 패드(210) 내로 모인 전기 절연 물질의 개별 블록들인 것이 바람직하다.

예

인터페이스 패드의 2개의 샘플 세트가 준비되었고, 제 1 세트는 1mm의 두께를 갖고(얇은 샘플), 제 2 샘플 세트는 3mm의 두께를 갖는다(두꺼운 샘플 세트). 그렇지 않을 경우 2개의 샘플 세트의 조성은 동일하였고, 인터페이스 패드는 다음의 조성에 따라 제조되었다.

구성요소	밀도(g/ml)	중량비	부피비
Nusil Gel2 A 실리콘 수지	0.970	0.0972	0.2160
Nusil Gel2 B 실리콘 수지	0.970	0.1458	0.3239
512 촉매	1.020	0.0016	0.0034
Steward MnZn 분말, 73401	5.120	0.0632	0.0266
Steward FeSi III	6.100	0.0754	0.0266
Steward 992 Fe/Si/Al 합금	7.190	0.1051	0.0315
Steward 987 Fe/Si/Al 합금	6.800	0.0839	0.0266
TCP-8 Al 분말	2.700	0.2674	0.2134
TCP-3 Al 분말/TCP4 Al 분말 (1:3.7 중량비)	2.700	0.1458	0.1164
카본 블랙	2.000	0.0146	0.0157

충전재는, 통상적으로 최종 구성의 중간평면에 놓이는 0.06mm 두게의 직물 유리섬유층의 양 측부 상에 코팅된 실리콘 수지에서 분산되었다.

샘플은 S-대역 및 G-대역 장방형 도파관 섹션을 이용하여 측정되었고, 2.60-5.85 GHz 사이의 복사광원은 HP 85-10 이었다. 투-포트 시스템(two-port system)과 연관된 누화 및 반사를 교정하는 12-텀 에러 모델(12-term error model)과 함께, 포스트 프로세싱 TRL 교정(post-processing TRL calibration)이 사용되었다. 이러한 샘플들을 절단하여, 각각의 도파관 샘플 홀더 내에 끼워맞추었다. 물질의 연성으로 인해, 샘플 홀더 내 샘플 배치의 일부 불완전성이 눈에 띄었다.

dB 단위로 측정되는 복사 반사 손실 및 삽입 손실에 대대해 샘플을 테스트하였다. 각 샘플 세트 내의 복수의 샘플들이 측정되었고, 결과를 함께 평균하였다. 물질의 반사 손실은 다음과 같이 측정된 반사 계수(T)에 직접 관련된다:

RL = 20log ₁₀(Γ)

삽입 손실은 측정된 투과 계수를 이용하여 유사한 방식으로 나타난다. 측정된 반사 계수는 (에너지가 전파함에 따른) 샘플의 양면으로부터의 반사로 구성된다. 일반적으로, 반사 손실(RL)이 0에 접근함에 따라, 더 많은 에너지가 샘플에 의해 다시 반사된다. 도 7A는 2.60-3.95 GHz로부터 두꺼운 샘플 및 얇은 샘플의 RL을 보여준다. 약 3.5GHz에서 얇은 샘플에서 나타나는 깊은 골짜기 부분은 샘플 왜곡 및 배치에 의해 야기되는 부작용인 것으로 판단된다.

S-대역(2.60-3.95 GHz)의 삽입 손실은 도 7B에 도시되며, 예상되는 바와 같이, 두꺼운 샘플을 통해 더 적은 에너지가 투과됨을 표시한다. 두꺼운 샘플은 전파되는 복사를 약 2배 감소시킨다.

도 7C 및 7D는 각각 4.0-5.85 GHz 사이의, G-대역 복사에서 측정되는 샘플의 반사 및 삽입 손실을 보여준다.

결과는 본 샘플들이 전자 장치 응용예에서 가장 존재하기 쉬운 주파수 범위에서 복사 투과의 감쇠에 효과적임을 표시한다.

발명은 특허 상태에 부합하기 위해, 그리고, 신규한 원리를 적용하는데 필요한, 그리고, 요구되는 바와 같이 발명의 실시예를 구성 및 이용하는데 필요한, 정보를 당 업자에게 제공하기 위해, 상당히 세부적으로 여기서 설명되었다. 그러나, 다양한 변형예가 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 실현될 수 있다.

Claims (22)

1. 전자기 복사의 투과를 억제하기 위한 열전도성 인터페이스 패드에 있어서,
   상기 인터페이스 패드는 제 1 표면과, 대향된 제 2 표면과, 두 표면 사이의 두께로 구성되는 본체를 포함하며, 상기 본체는 두께를 따라 적어도 1W/m·K의 열전도도와, 20℃에서 10-70 Shore 00 사이의 경도와, 적어도 10⁸Ω·m의 체적 전기 저항과, 1-10GHz 사이의 파형 주파수를 갖는 복사의 적어도 1dB의 감쇠를 나타내는
   열전도성 인터페이스 패드.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 두께는 약 1-3mm 사이인
   열전도성 인터페이스 패드.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 감쇠는 삽입 감쇠인
   열전도성 인터페이스 패드.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 경도는 15-30 Shore 00 사이인
   열전도성 인터페이스 패드.
5. 제 1 표면과, 대향된 제 2 표면과, 두 표면 사이의 두께로 구성되는 본체를 포함하는 전자기 간섭 억제 장치에 있어서,
   상기 본체는 두께를 따라 적어도 1W/m·K의 열전도도와, 20℃에서 10-70 Shore 00 사이의 경도와, 적어도 10⁸Ω·m의 체적 전기 저항을 나타내고, 상기 본체는 제 1 부분과 제 2 부분을 가지며, 상기 제 1 부분은 자성 금속 분말, 자성 금속 합금 분말, 카본 섬유, 그래파이트, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 자성 세라믹, Mn-Zn, Ni-Zn, Fe-Co, Fe-Si으로부터 단독으로 또는 조합하여 선택되는 전자기 복사 억제 물질을 포함하는
   전자기 간섭 억제 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 전자기 복사 억제 물질은 상기 본체의 상기 제 1 부분에 국한되는
   전자기 간섭 억제 장치
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 전자기 복사 억제 물질이 폴리머 매트릭스에 산포되는
   전자기 간섭 억제 장치
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 폴리머 매트릭스는 실리콘, 폴리에틸렌, 폴리부타디엔, 아크릴, 에폭시, 우레탄, 폴리설파이드, 폴리이소부틸렌, 폴리비닐- 또는 폴리올레핀-계 폴리머로부터 단독으로 또는 조합하여 선택되는
   전자기 간섭 억제 장치.
9. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 부분은 상기 제 1 및 제 2 표면 중 적어도 하나로부터 이격되는
   전자기 간섭 억제 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 부분은 상기 제 1 및 제 2 표면으로부터 이격되는
    전자기 간섭 억제 장치.
11. 전자기 간섭 억제 장치에 있어서,
    기판에 고정되고 인클로저를 형성하는 차폐 부재와,
    상기 인클로저 내에서 상기 기판에 장착되는 전자 부품과,
    적어도 약 1dB 만큼 1-10 GHz 사이의 파형 주파수를 갖는 복사를 감소시킬 수 있는, 그리고, 적어도 1W/m·K의 열전도도와, 20℃에서 10-70 Shore 00 사이의 경도와, 적어도 10⁸Ω·m의 체적 전기 저항을 나타내는 간섭 억제체 - 상기 간섭 억제체는 상기 전자 부품과 상기 차폐 부재 사이에서 상기 인클로저 내에 배치됨 - 를 포함하는
    전자기 간섭 억제 장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 간섭 억제체는 상기 차폐 부재 및 상기 전자 부품과 물리적으로 접촉하는
    전자기 간섭 억제 장치.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 간섭 억제체는 상기 전자 부품을 실질적으로 캡슐화하는
    전자기 간섭 억제 장치.
14. 제 11 항에 있어서,
    상기 차폐 부재가 금속인
    전자기 간섭 억제 장치.
15. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판은 인쇄 회로 보드인
    전자기 간섭 억제 장치.
16. 제 1 표면과, 대향된 제 2 표면과, 두 표면 사이의 두께로 구성되는 본체를 포함하는 전자기 간섭 억제 장치에 있어서,
    상기 본체는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 1 부분은 폴리머 매트릭스에 산포된 전자기 복사 억제 물질을 포함하며, 상기 전자기 복사 억제 물질은 자성 금속 분말, 자성 금속 합금 분말, 카본 섬유, 그래파이트, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 자성 세라믹, Mn-Zn, Ni-Zn, Fe-Co, Fe-Si로부터 단독으로 또는 조합하여 선택되며,
    상기 제 1 부분은 상기 제 1 및 제 2 표면 중 적어도 하나로부터 이격되고, 20℃에서 10-70 Shore 00 사이의 경도를 가지며,
    상기 제 2 부분은 상기 제 1 및 제 2 표면 중 적어도 하나와 함께 연장되고, 20℃에서 10-70 Shore 00 사이의 경도를 갖는
    전자기 간섭 억제 장치.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전자기 복사 억제 물질은 상기 제 1 부분에 국한되는
    전자기 간섭 억제 장치.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 부분은 상기 제 1 및 제 2 표면으로부터 이격되는
    전자기 간섭 억제 장치.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 표면 중 적어도 하나와 함께 연장되는, 그리고, 20℃에서 10-70 Shore 00 사이의 경도를 갖는, 제 3 부분을 포함하며,
    상기 제 1 부분은 상기 제 2 및 제 3 부분 사이에 배치되는
    전자기 간섭 억제 장치.
20. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 부분은 폴리머 매트릭스에 산포된 열전도성 미립자 물질을 포함하고, 상기 열전도성 미립자 물질은 알루미나, 알루미늄 나이트라이드, 알루미늄 하이드록사이드, 알루미늄 옥사이드, 보론 나이트라이드, 징크 나이트라이드, 실리콘 카바이드로부터 단독으로 또는 조합하여 선택되는
    전자기 간섭 억제 장치.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 부분의 폴리머 매트릭스는 실리콘, 폴리에틸렌, 폴리부타디엔, 아크릴, 에폭시, 우레탄, 폴리설파이드, 폴리이소부틸렌, 폴리비닐- 또는 폴리올레핀-계 폴리머로부터 단독으로 또는 조합하여 선택되는
    전자기 간섭 억제 장치.
22. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 표면으로부터 이격된 강화 부재를 포함하는
    전자기 간섭 억제 장치.

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