KR20150121498A - 전자파 차폐재료용 고주파 자기특성을 향상시킨 연자성 합금 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파특성이 매우 우수한 고투자율의 연자성 금속조성에 관한 것으로서, 수많은 실험과 분석을 통하여 저주파뿐만 아니라 마이크로파대역의 전자파에 대해서도 충분히 높은 투자율을 나타내는 연자성합금의 성분 및 조성비를 최적화함으로써, 다양한 전자통신기기들의 불요 전자파를 차폐하는 목적을 달성하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
그리고 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 저주파에서 고주파(10 MHz ~ 10 GHz)까지의 넓은 대역에 걸쳐 높은 비투자율을 나타내는 철-실리콘-크롬(Fe-Si-Cr) 합금을 92:6:2 의 조성비를 사용하여 각종 전자통신기기에서 발생하는 전자파의 복사나 기판사이의 간섭, 또는 내부반사 및 간섭 등의 효율적으로 적용 할 수 있는 특성이 우수한 고투자율 연자성 합금을 제공하게 된다.

Description

전자파 차폐재료용 고주파 자기특성을 향상시킨 연자성 합금{A Soft Magnetic Metal Alloy with Improved High Frequency Characteristics}

본 발명은 초고주파용 고투자율 연자성 합금에(도 1)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제반 전자기기들이 내부 또는 외부로부터 유입되는 전자파로부터의 간섭을 제거하거나 또는 전자기기들로부터 인체나 타 전자기기들이 받는 위해를 최소화시키기 위해 사용될 수 있는 전자파 차폐 재료에 관한 것이다.

복사되는 전자파는 전계와 자계가 동전의 양면처럼 같은 실체이기 때문에 둘중 하나만 차폐하여도 목정을 달성할 수 있는데, 그러한 전자파를 차폐하기 위한 재료는 전계와 자계 중에 차폐 대상에 따라 다르게 되며, 또한 전자파를 감쇠시킬 것인지 아니면 반사시킬 것인지에 따라서도 다르게 된다.

전계를 차폐하는 경우에는 열손실을 발생시키는 저항성 재료나 완전 반사시키기 위한 도전성 재료를 사용하여야 하며, 자계를 차폐하기 위해서는 높은 투자율의 절연성 자성 재료를 사용하여야 하는데, 저항성 재료를 사용하면 목적은 달성할수 있으나 과도하게 전력이 소모되는 단점이 있고, 도체를 사용하는 경우에는 와전류손실을 동반할 뿐 아니라, 도전성이 커서 PCB 나 회로 내부 임의의 장소에 부착시킬 수가 없는 단점이 있다.

그에 비하여 자계를 차폐하는 경우에는 주로 자계를 반사시키는 방법이 사용되며, 그 경우에 사용되는 높은 투자율의 강자성체 중에 전기적 절연특성을 갖는 재료가 많기 때문에 전계 차폐의 경우와 같은 전력손실을 피할 수 있지만, 대부분의 자성체는 주파수가 증가함에 따라 급격하게 자성특성이 감소하는 경향을 가지고 있어서, 최근 국내외적으로 NFC(Near Field Communication)이나 스마트폰 등을 위한 고주파용 자계 차폐 재료의 개발에 관심이 커지고 있는 실정이다.

기존의 전자파 차폐를 위한 강자성체로는 철의 자성특성을 강화시킨 Parmalloy 및 Mu-Metal, Sendust 등이 오래전에 발명되었으나, 모두 약 1 MHz 이상에서는 자성특성이 급격하게 감쇠되어 주로 저주파용으로만 사용이 되어 왔고, 고주파 특성을 향상시킨 페라이트 계열의 준 강자성체들이 개발되어 왔는데, 여전히 1 GHz 이상의 주파수대역에서는 비투자율이 매우 작아지기 때문에, 아직도 개발의 여지가 많이 남아 있는 상태이다.

본 발명에서는 실리콘합금을 다양한 조성비로 제작 실험 및 검토하여 10 MHz ~ 10 GHz 까지의 주파수 대역에 걸쳐 충분한 투자율을 갖도록 최적의 성분과 그들의 조성비로 이루어진 합금을 구현하는데 그 목적이 있다.

본 발명에서는 외국의 연구결과 및 문헌조사를 토대로 자성체에 관한 모든 데이터를 분석하였고, 그들을 종합하여 강자성 및 연자성 재료의 비투자율에관한 주파수 의존성을 일관성 있게 나타낼 수 있는 한 개의 식을 도출해내었으며, MATLAB을 사용하여 그 식이 기존의 합금들 특성을 합리적으로 나타낼 수 있음을 증명하고, 그로부터 본 발명에서 목표로 하는 연자성 차폐 필름의 투자율을 계산하였다. 투자율의 계산에 있어 MATLAB을 이용한 Curve Fitting을 통하여, 강자성체인 철과 상자성체, 그리고 반자성체 재룔를 합금하였을 때, 그 각각의 비투자율과 조성비에 따른 합금의 투자율은 주파수의 변화에 따라 다음과 같은 식으로 나타내어질 수 있음을 알아낼 수 있었으며, 수많은 계산을 통하여 최적의 조성비를 결정하고 합금을 제작 실험할 수 있었다.

여기에서

K: 합금 과정 교정 인자(Relative Alloy Factor, 약 1~4)

: 강자성체의 비투자율

: 상자성체의 비투자율

: 반자성체의 비투자율

: 강자성체의 조성비

: 상자성체의 조성비

: 반자성체의 조성비

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도1은 기존의 퍼멀로이 및 뮤메탈, 그리고 센더스트의 자성특성을 나타내는 예시도로서, 주파수 1MHz 근처에서 급격하게 비투자율이 감쇠됨을 나타내고 있으며, 도2는 기존의 두 가지 페라이트들과 본 발명의 연자성합금 두가지의 비투자율에 대한 측정값들을 비교하여 보여주는 예시도로서, 본 발명인 철/실리콘/크롬 합금(Fe 92%, Si 6%, Cr 2%)의 특성이 기존의 페라이트들에 비하여 훨씬 높은 것을 알 수 있고, 조성비 Si 6% 인 연자성 합금이 Si 4% 인 합금에 비하여 우수함을 알 수 있다.

본 발명의 연자성 합금은 마이크로파대역의 자기 비투자율이 2 GHz 근처에서 약 55를 나타내고 있고 10 GHz 에서도 약 18 정도를 나타내고 있어, 기존의 가장 좋은 페라이트 재료보다 더 우수하므로, 이 합금을 이용하여 컴퓨터, 스마트폰, 텔레비전 등 제반 전자기기의 전자파 차폐 문제를 더욱 효율적으로 해결할 수 있는 자계 차폐 재료로 활용됨으로써, 시민들의 실생활에 편익을 제공할 수 있다.

도1은 일반적인 코일에 의한 자력선 분포를 나타내는 예시도
도2는 본 고안의 개방형 철심을 사용한 코일에 의한 자력선 분포를 나타내는 예시도

본 발명의 실시를 위한 구체적인 설명을 위한 그림들은 도1,도2 와 같다.

K: 합금 과정 교정 인자(Relative Alloy Factor, 약 1~4)

: 강자성체의 비투자율

: 상자성체의 비투자율

: 반자성체의 비투자율

: 강자성체의 조성비

: 상자성체의 조성비

: 반자성체의 조성비

Claims (1)

1. 전자파 차폐 재료로 사용되는 철 92%, 실리콘 6%, 크롬 2%의 연자성 합금
   

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