KR20180132772A - 전자파 실드재 - Google Patents

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Abstract

1MHz 이하의 저주파 전자계에 대한 자계 실드 특성이 양호하고, 경량이며, 성형 가공성도 뛰어난 전자파 실드재를 제공한다. 적어도 2매의 금속박이 수지층을 통해서 밀착 적층된 구조를 가지는 전자파 실드재로서, 수지층을 구성하는 수지는 150℃에서 항복점을 가지지 않고, 전자파 실드재를 구성하는 금속박과 수지층의 모든 조합이 하기 식(A)을 만족하며, 식(A): σM×dM×dR≥3×10-3 하기 식(B)를 만족하고, 또, 모든 금속박에 대해서 하기 식(C)를 만족하는 전자파 실드재. 식(C): {(dRb1×fRb1)+(dRb2×fRb2)}/(dMb×fMb)≥0. 8

Description

전자파 실드재
본 발명은 전자파 실드재에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전기·전자기기의 피복재 또는 외장재에 적용 가능한 전자파 실드재에 관한 것이다.
최근, 지구 환경 문제에 대한 관심이 전 세계적으로 높아지고 있으며, 전기자동차나 하이브리드 자동차와 같은 2차 전지를 탑재한 친환경 자동차의 보급이 진전되고 있다. 이들 자동차에서는, 탑재한 2차 전지로부터 발생하는 직류 전류를 인버터를 통해서 교류 전류로 변환한 후, 필요한 전력을 교류 모터에 공급하여, 구동력을 얻는 방식을 채용하는 것이 많다. 인버터의 스위칭 동작 등에 기인하여 전자파가 발생한다. 전자파는 차재의 음향 기기나 무선기기 등의 수신 장해가 되는 점에서, 인버터 혹은 인버터와 함께 배터리나 모터 등을 금속제 케이스 내에 수용하여, 전자파를 실드한다는 대책이 이루어져 왔다(일본 공개특허공보 2003-285002호). 1MHz 이하의 저주파 전자계, 특히 500kHz 이하의 저주파 전자계를 실드하기 위해서 투자율(透磁率)이 높은 금속이 전자파 실드재로 이용되어 왔다.
또, 자동차에 한하지 않고, 통신 기기, 디스플레이 및 의료기기를 포함하여 많은 전기·전자기기로부터 전자파가 방사된다. 전자파는 정밀 기기의 오작동을 일으킬 가능성이 있고, 나아가서 인체에 대한 영향도 우려된다. 이 때문에, 전자파 실드재를 이용해서 전자파의 영향을 경감시키는 각종 기술이 개발되어 왔다. 예를 들면, 동박과 수지 필름을 적층하여 이루어지는 동박 복합체가 전자파 실드재로서 이용되고 있다(일본 공개특허공보 평7-290449호). 동박은 전자파 실드성을 가지고, 수지 필름은 동박을 보강하기 위해서 적층된다. 또, 절연 재료로 이루어지는 중간층의 내측과 외측에 각각 금속층을 적층한 전자파 실드 구조도 알려져 있다(일본 특허공보 제4602680호). 또, 베이스 기판과, 상기 베이스 기판의 일면에 형성되어 금속층 및 고굴절률층(오산화니오브)을 포함하는 복수의 반복 단위막으로 구성된 적층 부재를 구비하는 전자파 차단용 광학 부재도 알려져 있다(일본 공개특허공보 2008-21979호).
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2003-285002호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 평7-290449호 특허문헌 3: 일본 특허공보 제4602680호 특허문헌 4: 일본 공개특허공보 2008-21979호
자동차에 있어서는 연비 향상의 관점에서 경량화가 큰 과제가 되고 있다. 이 때문에, 고투자율 금속으로부터 충분한 실드 특성을 얻으려고 하면 두꺼운 금속이 필요하게 되어, 경량화의 관점에서 바람직하지 않다. 따라서, 금속재료로부터 수지 재료나 탄소섬유 재료로의 전환도 검토가 진행되고 있다. 그러나 수지 재료나 탄소섬유 재료는 입체 성형이 가능하지만, 전자파 실드 효과는 기대할 수 없다. 그렇다고 해서 금속제 전자파 실드재의 두께를 너무 작게 하면 뛰어난 실드 효과를 얻을 수 없고, 얇은 금속층에는 연성이 없기 때문에 균열이 생기기 쉬워져서 성형 가공도 어려워진다. 일본 공개특허공보 7-290449호에 기재된 기술이나 일본 특허공보 제4602680호에 기재된 기술도 마찬가지로써, 뛰어난 실드 효과를 얻는데 필요한 전자파 실드재의 두께는 제법 크게 할 필요가 있어서 충분한 경량화를 달성하지 못하고, 또한, 뛰어난 성형성을 얻을 수도 없다. 일본 공개특허공보 2008-21979호에 기재된 기술은, 빛의 통과를 확보하기 위해서 나노미터 오더의 금속층을 적층하는 기술이기 때문에, 전자파 실드 특성에 한계가 있고, 너무 얇기 때문에 성형성에도 어려움이 있다.
이 점, 일본 공개특허공보 7-290449호 및 일본 특허공보 제4602680호에 기재된 기술은 절연층과 금속층의 복합체로 실드 효과를 노린 것으로, 어느 정도의 경량화를 꾀할 수 있지만, 이들 공보에는 절연층과 금속층의 복합체로 이루어지는 실드재의 성형 가공성에 관한 고찰이 부족하다. 실드재는 시트 모양으로 사용하는 경우도 있을 수 있지만, 케이스의 내면 또는 외면 형상에 맞추어 복잡한 입체 형상으로의 성형 가공이 요구되는 경우도 많기 때문에, 뛰어난 입체 성형성을 가지는 전자파 실드재를 제공할 수 있으면 유리할 것이다.
본 발명은 상기 사정에 비추어 창작된 것으로, 1MHz 이하의 저주파 전자계에 대한 자계 실드 특성이 양호하고, 경량이며, 성형 가공성도 뛰어난 전자파 실드재를 제공하는 것을 과제의 하나로 한다.
금속박 단체(單體)에 인장 응력이 가해지면, 전체가 균일하게 변형되지 않고, 국소적으로 변형된다. 이 국소적인 변형에 응력이 집중되어 파단해 버리기 때문에, 연성이 높지 않다. 한편, 수지층은 전체가 균일하게 변형하기 쉽기 때문에, 금속박보다 연성이 높다. 금속박과 수지층을 밀착 적층하면, 수지층이 금속박을 서포트하기 때문에, 금속박도 균일하게 변형하게 되고, 연성이 향상되어 성형 가공시의 파단이 억제된다.
또, 얇은 수지층의 가공은 일반적으로 80∼300℃의 고온 환경에서 이루어진다. 따라서, 성형 가공성을 향상시킬 목적으로는 성형 온도역에서의 연성이 중요하다. 금속박에 수지층을 밀착 적층하여 연성을 향상시키기 위해서는, 이 성형 온도역에서의 금속층 및 수지의 강도 균형을 고려하여, 적절히 조합하는 것이 유효하다. 또, 수지는 상온에서는 항복점이 없어도 성형 온도역에서 연화되어 항복점이 발생하는 것도 있다. 항복점에서는 수지가 국소적으로 변형되기 쉬워지기 때문에, 성형 온도역에서 항복점을 갖지 않는 수지를 사용하는 것이 유리하다.
따라서, 본 발명은 일 측면에 있어서, 적어도 2매의 금속박이 수지층을 통해서 밀착 적층된 구조를 가지는 전자파 실드재로서,
수지층을 구성하는 수지는 150℃에서 항복점을 가지지 않고,
전자파 실드재를 구성하는 금속박과 수지층의 모든 조합이 하기 식(A)를 만족하고,
식(A): σM×dM×dR≥3×10-3
σM: 금속박의 20℃에서의 도전율(S/m)
dM: 금속박의 두께(m)
dR: 수지층의 두께(m)
전자파 실드재를 구성하는 수지층의 수를 i, 금속박의 매수를 j로 하면, 하기 식(B)을 만족하며,
[수학식 1]
Figure pct00001
dRa: a매째 수지층의 두께(㎛)
fRa: a매째 수지층의 150℃, 인장 변형 4%에서의 응력(MPa)
dMb: b매째 금속박 두께(㎛)
fMb: b매째 금속박의 150℃, 인장 변형 4%에서의 응력(MPa)
또, 전자파 실드재를 구성하는 금속박의 매수를 j로 하면, 1매째부터 j매째까지의 모든 금속박에 대해서 하기 식(C)을 만족하는 전자파 실드재이다.
식(C): {(dRb1×fRb1)+(dRb2×fRb2)}/(dMb×fMb)≥0.8
b: 1부터 j까지의 정수
dRb1: b매째 금속박의 일방의 표면에 인접하는 수지층의 두께(㎛)
fRb1: b매째 금속박의 일방의 표면에 인접하는 수지층의 150℃, 인장 변형 4%에서의 응력(MPa)
dRb2: b매째 금속박의 타방의 표면에 인접하는 수지층의 두께(㎛)
fRb2: b매째 금속박의 타방의 표면에 인접하는 수지층의 150℃, 인장 변형 4%에서의 응력(MPa)
dMb: b매째 금속박 두께(㎛)
fMb: b매째 금속박의 150℃, 인장 변형 4%에서의 응력(MPa)
본 발명과 관련되는 전자파 실드재는 일 실시형태에 있어서, 전자파 실드재를 구성하는 각 금속박의 20℃에서의 도전율이 1.0×106S/m 이상이다.
본 발명과 관련되는 전자파 실드재는 다른 일 실시형태에 있어서, 전자파 실드재를 구성하는 각 금속박의 두께가 4∼50㎛이다.
본 발명과 관련되는 전자파 실드재는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 전자파 실드재를 구성하는 각 수지층의 20℃에서의 비유전률이 2.0∼10.0이다.
본 발명과 관련되는 전자파 실드재는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 전자파 실드재를 구성하는 각 수지층의 두께가 4∼500㎛이다.
본 발명과 관련되는 전자파 실드재는 또 다른 일 실시형태에 있어서, 전자파 실드재를 구성하는 금속박 및 수지층은 열 압착에 의해 밀착 적층되어 있다.
본 발명에 의해서, 1MHz 이하의 저주파 전자계에 대한 자계 실드 특성이 양호하고, 경량이며, 성형 가공성도 뛰어난 전자파 실드재를 제공하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 수지의 항복점에 대해서 설명하기 위한 응력과 변형의 관계를 나타낸 그래프이다.
(금속박)
본 발명과 관련되는 전자파 실드재에 사용하는 금속박의 재료로는 특별히 제한은 없지만, 교류 자계나 교류 전계에 대한 실드 특성을 높이는 관점에서는, 도전성이 우수한 금속재료로 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도전율이 1.0×106S/m(20℃의 값. 이하 같다.) 이상인 금속으로 형성하는 것이 바람직하고, 금속의 도전율이 10.0×106S/m 이상이면 보다 바람직하며, 30.0×106S/m 이상이면 더욱 바람직하고, 50.0×106S/m 이상이면 가장 바람직하다. 이러한 금속으로서는, 도전율이 약 9.9×106S/m인 철, 도전율이 약 14.5×106S/m인 니켈, 도전율이 약 39.6×106S/m인 알루미늄, 도전율이 약 58.0×106S/m인 구리, 및 도전율이 약 61.4×106S/m인 은을 들 수 있다. 도전율과 비용의 쌍방을 고려하면, 알루미늄 또는 구리를 채용하는 것이 실용성상 바람직하다. 본 발명과 관련되는 실드재에 사용하는 금속박은 모두 동일한 금속이어도 좋고, 층별로 다른 금속을 사용해도 좋다. 또, 상술한 금속의 합금을 사용할 수도 있다. 금속박 표면에는 접착 촉진, 내(耐)환경성, 내열 및 방청 등을 목적으로 한 각종 표면 처리층이 형성되어 있어도 좋다.
예를 들면, 금속면이 최외층이 되는 경우에 필요한 내환경성, 내열성을 높이는 것을 목적으로 하여, Au 도금, Ag 도금, Sn 도금, Ni 도금, Zn 도금, Sn합금 도금(Sn-Ag, Sn-Ni, Sn-Cu 등), 크로메이트 처리 등을 실시할 수 있다. 이들 처리를 결합해도 좋다. 비용의 관점에서 Sn 도금 혹은 Sn 합금 도금이 바람직하다.
또, 금속박과 수지층의 밀착성을 높이는 것을 목적으로 하여, 크로메이트 처리, 조화(粗化) 처리, Ni 도금 등을 실시할 수 있다. 이들 처리를 결합해도 좋다. 조화 처리가 밀착성을 얻기 쉬워서 바람직하다.
또, 직류 자계에 대한 실드 효과를 높이는 것을 목적으로 하여, 비투자율이 높은 금속층을 마련할 수 있다. 비투자율이 높은 금속층으로는 Fe-Ni 합금 도금, Ni 도금 등을 들 수 있다.
동박을 사용하는 경우에 실드 성능이 향상하는 점에서, 순도가 높은 것이 바람직하고, 순도는 바람직하게는 99.5질량% 이상, 보다 바람직하게는 99.8질량% 이상이다. 동박으로서는, 압연 동박, 전해 동박, 메탈라이즈에 의한 동박 등을 이용할 수 있지만, 굴곡성 및 성형 가공성이 우수한 압연 동박이 바람직하다. 동박 중에 합금 원소를 첨가해서 구리 합금박으로 하는 경우, 이들 원소와 불가피적 불순물의 합계 함유량이 0.5질량% 미만이면 좋다. 특히, 동박 중에, Sn, Mn, Cr, Zn, Zr, Mg, Ni, Si 및 Ag의 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 합계로 200∼2000질량ppm 함유하면, 동일한 두께의 순동박보다 성장이 향상되므로 바람직하다.
본 발명과 관련되는 실드재에 사용하는 금속박의 두께는, 1매당 4㎛ 이상인 것이 바람직하다. 4㎛ 미만이면 금속박의 연성이 현저하게 저하되어, 실드재의 성형 가공성이 불충분하게 되는 경우가 있다. 또, 1매당 박의 두께가 4㎛ 미만이면, 뛰어난 전자파 실드 효과를 얻기 위해서 다수의 금속박을 적층할 필요가 생기기 때문에, 제조 비용이 상승한다는 문제도 생긴다. 이러한 관점에서, 금속박의 두께는 1매당 10㎛ 이상인 것이 보다 바람직하고, 15㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하며, 20㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 25㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하며, 30㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 1매당 박의 두께가 100㎛를 넘어도 성형 가공성을 악화시키는 점에서, 박의 두께는 1매당 100㎛ 이하인 것이 바람직하고, 50㎛이하인 것이 보다 바람직하며, 45㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 40㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
실드 성능을 높이는 관점에서는, 실드재를 구성하는 금속박을 수지층을 통해서 복수매 적층하는 것이 바람직하다. 단, 금속박의 층이 2매이면, 주파수가 1MHz 이하의 저주파 영역에서 25dB 이상의 자계 실드 특성을 얻기 위해서 필요한 금속박의 합계 두께가 커지게 되고, 1매 당 금속박의 두께도 커지므로 성형 가공성에도 악영향이 생긴다. 이 때문에, 금속박의 합계 두께를 얇게 하면서도 뛰어난 전자파 실드 특성을 확보하는 관점에서는, 금속박을 3매 이상 적층하는 것이 보다 바람직하다. 금속박을 3매 이상 적층함으로써, 금속박의 합계 두께가 같다고 해도 금속박이 단층인 경우나 2매 적층하는 경우에 비해서, 실드 효과가 현저하게 향상한다. 한편, 금속박의 적층 매수는 많은 것이 전자파 실드 특성이 향상하지만, 적층 매수를 많이 하면 적층 공정이 증가하므로 제조 비용의 증대를 초래하고, 또 실드 향상 효과도 포화하는 경향에 있기 때문에, 실드재를 구성하는 금속박은 5매 이하인 것이 바람직하고, 4매 이하인 것이 보다 바람직하다.
따라서, 본 발명과 관련되는 실드재의 일 실시형태에 있어서는, 금속박의 합계 두께를 15∼150㎛로 할 수 있고, 100㎛ 이하로 할 수도 있으며, 80㎛ 이하로 할 수도 있고, 60㎛ 이하로 할 수도 있다.
(수지층)
복수 매의 금속박을 수지층을 통해서 밀착 적층함으로써, 전자파 실드 효과를 현저하게 향상시킬 수 있는 동시에, 금속박의 파단이 억제되기 때문에 성형 가공성이 의미 있게 향상한다. 이에 따라, 전자파 실드재의 경량화와 전자파 실드 효과의 양립을 도모하는 것이 가능해진다. 금속박끼리 직접 중첩시켜도, 금속박의 합계 두께가 증가하여 실드 효과가 향상하지만, 현저하게 향상되는 효과는 얻을 수 없다. 이것은 금속박 사이에 수지층이 존재함으로써 전자파의 반사 횟수가 증가하여, 전자파가 감쇠됨에 따른 것으로 생각된다. 또, 금속박끼리 직접 중첩시켜도 성형 가공성 향상 효과를 얻을 수 없다.
전자파 실드재의 성형 가공성을 높이는 관점에서, 수지층을 구성하는 수지는 150℃에서 항복점을 갖지 않는 것이 바람직하다. 상온에서 항복점이 없어도, 성형 가공시의 가열에 의해 연화되고, 항복점이 발현하는 수지도 존재하기 때문에, 가열시에 항복점을 갖지 않는 것이 중요하다. 성형 가공 온도는, 수지층의 종류나 성형 형상에 따라서 다르지만, 일반적으로 80∼300℃ 정도이고, 100∼180℃ 부근이 보다 일반적인 점에서, 본 발명에서는 대표 수치로서 150℃를 채용했다.
본 발명에 있어서, 150℃에서 항복점을 갖지 않는다는 것은, 수지층을 구성하는 수지와 동일한 수지에 대해서 JIS K7127:1999에 준거하여, 폭 12.7×길이 150mm의 시험편을 제작하고, 150℃의 온도하에서 인장 속도 50mm/min로 시험편의 길이방향으로, 변형 150mm까지의 범위에서 인장 시험을 실시하여, 응력-변형 곡선을 작성했을 때에 응력의 증가를 동반하지 않고 변형이 증가하는 개소가 존재하지 않는 것을 말한다. 도 1에, (a) 항복점을 갖지 않는 수지 및 (b) 항복점을 가지는 수지의 양자에 대해서 대표적인 응력-변형 곡선을 나타낸다.
수지층으로서는, 금속박과의 임피던스 차이가 큰 편이 뛰어난 전자파 실드 효과를 얻는데 있어서는 바람직하다. 큰 임피던스의 차이가 생기게 하려면, 수지층의 비유전률이 작을 필요가 있는데, 구체적으로는 10(20℃의 값. 이하 같다.) 이하인 것이 바람직하고, 5.0 이하인 것이 보다 바람직하며, 3.5 이하인 것이 더욱 바람직하다. 비유전률은 원리적으로는 1.0보다 작아지지는 않는다. 일반적으로 얻을 수 있는 재료에서는 낮아도 2.0 정도이고, 이 이상 낮게 하여 1.0에 가깝게 해도 실드 효과의 상승은 한정되어 있는 한편, 재료 자체가 특수한 것이 되어 고가가 된다. 비용과 효과의 균형을 생각하면, 비유전률은 2.0 이상인 것이 바람직하고, 2.2 이상인 것이 보다 바람직하다.
수지층을 구성하는 재료로서는 가공성의 관점에서 합성 수지가 바람직하다. 또, 수지층을 구성하는 재료로는 필름 형상의 재료를 사용할 수 있다. 수지층에는 탄소섬유, 유리 섬유 및 아라미드 섬유 등의 섬유 강화재를 혼입시킬 수도 있다. 합성수지로서는, 입수의 용이성이나 가공성의 관점에서, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트) 및 PBT(폴리부틸렌 테레프탈레이트) 등의 폴리에스테르, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등의 올레핀계 수지, 폴리아미드, 폴리이미드, 액정 폴리머, 폴리아세탈, 불소 수지, 폴리우레탄, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, ABS 수지, 폴리 비닐 알코올, 요소 수지, 폴리염화비닐, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 스티렌 부타디엔 고무 등을 들 수 있고, 이들 중에서도 가공성, 비용의 이유에 의해서 PET, PEN, 폴리아미드, 폴리이미드가 바람직하다. 합성수지는 우레탄 고무, 클로로프렌 고무, 실리콘 고무, 불소 고무, 스티렌계, 올레핀계, 염화비닐계, 우레탄계, 아미드계 등의 엘라스토머로 할 수도 있다. 이들 중에서는 열 압착에 의한 금속박과의 접착이 용이한 폴리이미드, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리우레탄 등을 바람직하게 이용할 수 있다.
수지층의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 1매당 두께가 4㎛보다 얇으면 실드재의 (신장) 파단 변형이 저하하는 경향에 있는 점에서, 수지층의 1매당 두께는 4㎛ 이상인 것이 바람직하고, 7㎛ 이상인 것이 보다 바람직하며, 10㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 20㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하며, 40㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 80㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하며, 100㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 1매당 두께가 600㎛를 초과해도 실드재의 (신장)파단 변형이 저하하는 경향에 있다. 여기서, 수지층의 1매당 두께는 600㎛ 이하인 것이 바람직하고, 500㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
수지층과 금속박을 밀착 적층하는 방법으로써는, 열 압착, 초음파 접합, 접착제에 의한 접합, 금속박 상에 용해한 수지를 도포, 경화시켜서 필름을 형성하는 방법 등을 들 수 있다. 이들 중에서는, 성형 가공 온도 영역에서의 접착 강도의 안정성에서, 열 압착이 바람직하다. 열 압착은 수지층과 금속박 쌍방의 융점 이하로 가열한 다음 압력을 가해서 쌍방을 밀착시키고, 소성변형을 일으켜서 접합시키는 방법이다. 초음파 진동을 가하면서 열 압착시키는 열 본딩을 채용하는 것도 바람직하다. 접착제를 통해서 밀착 적층하는 것도 가능하지만, 접착제를 사용하는 경우, 성형 가공시의 열에 의해서 접착제가 연화하고, 금속박과 수지층의 밀착 강도를 저하시킬 가능성이 있다. 이 때문에, 열 압착이 바람직하다. 열 압착시에, 수지층과 금속박의 밀착성을 높이는 관점에서, 수지층의 융점을 30℃ 하회하는 온도 이상으로 가열하는 것이 바람직하고, 수지층의 융점을 20℃ 하회하는 온도 이상으로 가열하는 것이 보다 바람직하고, 수지층의 융점을 10℃ 하회하는 온도 이상으로 가열하는 것이 더욱 바람직하다. 단, 필요 이상으로 가열하면, 수지층이 용해되어 압력으로 밀려나서 두께 균일성이나 물성이 손상되는 점에서, 열 압착 시의 가열은 수지층의 융점을 20℃ 상회하는 온도 이하로 하는 것이 바람직하고, 수지층의 융점을 10℃ 상회하는 온도 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 수지층의 융점 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또, 열 압착 시의 압력은, 수지층과 금속박의 밀착성을 높이는 관점에서, 0.05MPa 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.1MPa 이상으로 하는 것이 보다 바람직하며, 0.15MPa 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 단, 필요 이상으로 가압해도 밀착력은 향상하지 않을 뿐 아니라, 수지층이 변형되어 두께 균일성이 손상되는 점에서, 열 압착 시의 압력은 60MPa 이하로 하는 것이 바람직하고, 45MPa 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 30MPa 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
(전자파 실드재)
전자파 실드재(단순히 「실드재」라고도 한다.)는 바람직하게는 2매 이상, 보다 바람직하게는 3매 이상의 금속박이 수지층을 통해서 밀착 적층된 구조로 할 수 있다. 전자파 실드재의 적층 구조의 예로서는, 이하를 들 수 있다.
(1) 금속박/수지층/금속박
(2) 금속박/수지층/금속박/수지층
(3) 수지층/금속박/수지층/금속박/수지층
(4) 금속박/수지층/금속박/수지층/금속박/수지층
(5) 수지층/금속박/수지층/금속박/수지층/금속박/수지층
(1)∼(5)에 있어서는, 하나의 「금속박」은 수지층을 통하지 않고 복수의 금속박을 적층해서 구성할 수 있고, 하나의 「수지층」도 금속박을 통하지 않고 복수의 수지층을 적층하여 구성할 수 있다. 즉, 수지층을 통하지 않고 적층된 복수의 금속박은 1매의 금속박으로서 파악할 수 있고, 금속박을 통하지 않고 적층된 복수의 수지층은 1매의 수지층으로 파악할 수 있다. 또, 수지층이나 금속박 이외의 층을 형성할 수도 있다. 그러나 후술하듯이, 본 발명에서 식(C)을 만족하는 것을 중요한 요건으로 하고 있다는 점에서, 실드재를 구성하는 모든 금속박은 적어도 일방의 표면이 수지층과 인접하게 된다.
단, 성형 가공성의 관점에서는, 전자파 실드재를 구성하는 각 금속박은 수지층에 양면이 끼여 있는 것이 바람직하다. 각 금속박의 양면이 수지층에서 끼워짐에 따라, 성형 가공시의 파단 방지 효과를 높일 수 있다. 즉, 금속박이 적층체의 최외층을 형성하는 형태나, 적층체의 내층에서 복수의 금속박이 수지층을 통하지 않고 적층된 개소가 있는 형태보다도, 적층체의 양쪽 최외층이 수지층으로 구성되어 수지층과 금속박이 교대로 1매씩 적층된 구성이 바람직하다.
전자파 실드 효과를 현저하게 높이는 관점에서는, 전자파 실드재를 구성하는 금속박과 수지층의 모든 조합이 하기 식(A)을 만족하도록, 금속박과 수지층을 선택하는 것이 바람직하다.
식(A): σM×dM×dR≥3×10-3
σM: 금속박의 20℃에서의 도전율(S/m)
dM: 금속박의 두께(m)
dR: 수지층의 두께(m)
또, 하기 설명에서 사용하는 기호는 이하와 같이 정의된다.
ZR: 수지층의 임피던스(Ω)=Z0×√(1/εR)
εR: 수지층의 20℃에서의 비유전률
γR: 전반 정수=j×2π√(εR/λ); j는 허수 단위
λ: 파장(m): 1MHz에서는 300m
Z0: 진공의 임피던스=377Ω
실드 특성은, 입사파의 전계를 Ex i, 자계를 Hx i로 하고, 투과파의 전계를 Ex t, 자계를 Hx t로 하면, 4단자 행렬의 이용하여 이하의 관계로 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure pct00002
이 경우, 실드 효과(SE)는 셸크노프의 식을 이용하면 다음 식으로 표현할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pct00003
금속박을 실드재의 구성 요소로 이용했을 때는, a=1, b=0, c=σM×dM, d=1로 할 수 있다. 이것을 식 1에 대입하면 다음 식과 같이 된다.
[수학식 4]
Figure pct00004
수지층을 실드재의 구성 요소로 이용했을 때는, a=1, b=ZR×γR×dR, c=γR×dR/ZR, d=1로 할 수 있다. 이것을 식 1에 대입하면 다음 식과 같이 된다.
[수학식 5]
Figure pct00005
또한, 수지층 및 금속박을 적층했을 때의 실드 특성은 각 층에 대응하는 4단자 행렬의 곱으로 이론적으로 요구된다. 예를 들면, 금속(M1)/수지(R1)/금속(M2)의 적층 구조로 실드재를 구성했을 때의 입사파와 투과파는 이하의 식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
Figure pct00006
또, 금속(M1)/수지(R1)/금속(M2)/수지(R2)/금속(M3)의 적층 구조로 실드재를 구성했을 때의 입사파와 투과파는 이하의 식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
Figure pct00007
이것을 전개하면, 다음 식을 얻을 수 있다.
[수학식 8]
Figure pct00008
여기서, A, B, C 및 D는 이하이다.
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
이상의 예시로부터, 금속박과 수지층의 적층체에서의 실드 효과는, 사용하는 금속박과 수지층의 모든 조합에 대한 σM×dM×ZR×γR×dR를 크게 함으로써 향상 가능하다는 것을 이론적으로 이해할 수 있다. 그러나 예를 들면 “하타케야마 겐이치 저서, 「처음 배우는 전자 차폐 강좌」 과학 정보 출판(2013년), 56페이지”에 기재되어 있듯이, 종래는 (ZR×γR×dR)은 저주파 영역에서는 매우 작게 0에 근사된다고 하고 있었기 때문에, 이 생각에 따르면 σM×dM×ZR×γR×dR도 0으로서 근사되는 파라미터였다. 이에 대해서 본 발명자는, 적절한 금속박과 수지층을 조합하여 dR, σM 및 dM를 조정함으로써 σM×dM×ZR×γR×dR는 0에 근사할 수 없는 정도의 큰 값이 되고, 저주파 영역에서도 의미 있는 영향을 준다는 것을 알았다.
본 발명자는 금속박과 수지층의 적층체에서의 실드 효과의 실험을 반복하는 가운데, 1MHz 정도의 저주파 영역이라도 σM×dM×dR가 의미 있는 영향을 주고 있다는 것을 발견하여, 전자파 실드재를 구성하는 금속박과 수지층의 모든 조합이, σM×dM×dR≥3×10-3을 만족하도록, 금속박과 수지층을 선택하는 것이 실드 효과를 높이는데 매우 효과적이라는 점을 발견했다. 전자파 실드재를 구성하는 금속박과 수지층의 모든 조합이, σM×dM×dR≥1×10-2인 것이 바람직하고, σM×dM×dR≥4×10-2인 것이 보다 바람직하며, σM×dM×dR≥8×10-2인 것이 더욱 바람직하고, σM×dM×dR≥1×10-1인 것이 더욱 바람직하다.
σM×dM×dR에는 특별히 상한은 설정되지 않지만, 두께나 사용하는 재료와의 균형으로 보아, 전자파 실드재를 구성하는 금속박과 수지층의 모든 조합에 대해서, 통상은 σM×dM×dR≤10이고, 전형적으로는 σM×dM×dR≤1이다.
또, 수지층에 의한 금속박의 서포트 성능을 높여서 성형 가공성을 향상하는 관점에서는, 성형 가공이 이루어지는 고온 영역에서의 양자의 강도의 균형이 중요하다. 실험적으로 150℃에 있어서, 수층 전체의 단위폭 당 강도((dR1×fR1)+(dR2×fR2)+···)를 금속박 전체의 단위폭 당 강도((dM1×fM1)+(dM2×fM2)+···)로 나눈 값이 0.8 이상이면 연성이 양호하다. 즉, 전자파 실드재를 구성하는 수지층의 수를 i, 금속박 매수를 j로 하면, 이하의 식(B)을 만족하는 것이 바람직하다.
[수학식 9]
Figure pct00009
Σ(dRa+fRa)/(dMb+fMb)는, 1.0 이상인 것이 바람직하고, 1.5 이상인 것이 보다 바람직하며, 2.0 이상인 것이 더욱 바람직하다. 한편, Σ(dRa+fRa)/(dMb+fMb)는 필요 이상으로 수지층이 두껍거나, 또는 고강도가 되면 유연성이 없어지고 가공성이 저하하는 점에서, 6.0 이하인 것이 바람직하고, 5.0 이하인 것이 보다 바람직하며, 4.5 이하인 것이 더욱 바람직하다.
식(B)는 금속박과 수지층 전체의 응력과 두께의 관계를 제어하지만, 어느 1개의 금속박이 극단적으로 두껍고, 그에 인접하는 수지층이 얇은 경우에는 그 금속박의 연성이 저하된다. 그래서 식(B)만으로는 수지층에 의한 금속박의 서포트 성능을 충분히 발휘하기 어렵다. 여기서, 실드재를 구성하는 각 금속박과 각 금속박에 인접하는 양측의 수지층과의 관계에 대해서도 제어하는 것이 중요하다. 구체적으로는, 전자파 실드재를 구성하는 금속박의 매수를 j로 하면, 1매째부터 j매째까지의 모든 금속박에 대해서 하기 식(C)을 만족하는 것이 바람직하다.
식(C): {(dRb1×fRb1)+(dRb2×fRb2)}/(dMb×fMb)≥0.8
b: 1부터 j까지의 정수
dRb1: b매째 금속박의 일방의 표면에 인접하는 수지층의 두께(㎛)
fRb1: b매째 금속박의 일방의 표면에 인접하는 수지층의 150℃, 인장 변형 4%에서의 응력(MPa)
dRb2: b매째 금속박의 타방의 표면에 인접하는 수지층의 두께(㎛)
fRb2: b매째 금속박의 타방의 표면에 인접하는 수지층의 150℃, 인장 변형 4%에서의 응력(MPa)
dMb: b매째 금속박 두께(㎛)
fMb: b매째 금속박의 150℃, 인장 변형 4%에서의 응력(MPa)
여기서, 실드재의 최외층이 금속박인 경우 등, 금속박의 일방 또는 양쪽 모두의 표면이 수지층에 인접하지 않은 경우는, 두께가 0, 또한 150℃, 인장 변형 4%에서의 응력이 0인 수지층이 인접하고 있다고 가정하여 (dRb1×fRb1)+(dRb2×fRb2)를 계산한다.
{(dRb1×fRb1)+(dRb2×fRb2)}/(dMb×fMb)는 실드재를 구성하는 모든 금속박에 대해서 1.0 이상인 것이 바람직하고, 1.5 이상인 것이 보다 바람직하며, 2.0 이상인 것이 더욱 바람직하다. 한편, {(dRb1×fRb1)+(dRb2×fRb2)}/(dMb×fMb)는 필요 이상으로 수지층이 두껍거나, 또는 고강도가 되면 유연성이 없어지고 가공성이 저하하는 점에서, 실드재를 구성하는 모든 금속박에 대해서 6.0 이하인 것이 바람직하고, 5.0 이하인 것이 보다 바람직하며, 4.5 이하인 것이 더욱 바람직하다.
식(B) 및 식(C)에 있어서, 수지층 및 금속박의 150℃, 인장 변형 4%에서의 응력(MPa)은, JIS　K7127: 1999에 준거하여, 폭 12.7×길이 150mm의 시험편을 제작하고, 150℃의 온도 하에서 인장 속도 50mm/min로 시험편의 길이방향으로 인장 시험을 실시했을 때의 인장 변형 4%에서의 응력이다.
본 발명과 관련되는 전자파 실드재의 일 실시형태에 있어서는, 전자파 실드재의 전체 두께를 50∼1500㎛로 할 수 있고, 1000㎛ 이하로 할 수도 있으며, 600㎛ 이하로 할 수도 있고, 400㎛ 이하로 할 수도 있으며, 300㎛ 이하로 할 수도 있고, 250㎛ 이하로 할 수도 있다.
본 발명과 관련된 전자파 실드재의 일 실시형태에 따르면, 1MHz에서 25dB 이상의 자계 실드 특성(수신측에서 얼마나 신호가 감쇠했는지)을 가질 수 있고, 바람직하게는 30dB 이상의 자계 실드 특성을 가질 수 있으며, 보다 바람직하게는 40dB 이상의 자계 실드 특성을 가질 수 있고, 더욱 바람직하게는 50dB 이상의 자계 실드 특성을 가질 수 있으며, 더욱 바람직하게는 60dB 이상의 자계 실드 특성을 가질 수 있고, 예를 들면 36∼90dB의 자계 실드 특성을 가질 수 있다. 본 발명에 있어서는, 자계 실드 특성은 KEC법에 따라서 측정한다. KEC법이란, 간사이 전자공업 진흥센터에서의 「전자파 실드 특성 측정법」을 가리킨다.
본 발명과 관련되는 전자파 실드재는, 특히 전기·전자기기(예를 들면, 인버터, 통신기, 공진기, 전자관·방전 램프, 전기 가열기기, 전동기, 발전기, 전자 부품, 인쇄 회로, 의료기기 등)로부터 방출되는 전자파를 차단하는 용도에 적용할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 나타내지만, 이것들은 본 발명 및 그 이점을 보다 잘 이해하기 위해서 제공하는 것으로서, 발명이 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다.
<시험예 1: 필름 인서트 성형의 적용 가능성 평가＞
금속박 및 수지 필름으로서 이하의 재료를 준비했다. 모두 시판하는 제품이다. 폴리이미드 필름에 대해서는, 150℃에서의 항복점이 존재하는 것과 존재하지 않는 것을 각각 준비했다. 그 외의 수지 필름은 모두 150℃에서의 항복점이 존재하지 않는 것을 선택했다. 항복점이 없는 경우를 ○, 항복점이 있는 경우를 ×라고 평가하여, 표 1에 결과를 나타내었다.
Cu: 압연 동박(20℃에서의 도전율: 58.0×106S/m, 두께: 표 1 참조)
Al: 알루미늄박(20℃에서의 도전율: 39.6×106S/m, 두께: 표 1 참조)
PI: 폴리이미드 필름(20℃에서의 비유전률: 3.5, 융점: 없음, 두께: 표 1 참조)
PA: 폴리아미드 필름(20℃에서의 비유전률: 6.0, 융점: 300℃, 두께: 표 1 참조)
PP: 폴리프로필렌 필름(20℃에서의 비유전률: 2.4, 융점: 130℃, 두께: 표 1 참조)
PC: 폴리카보네이트 필름(20℃에서의 비유전률: 3.0, 융점: 150℃, 두께: 표 1 참조)
PU: 폴리우레탄 필름(20℃에서의 비유전률: 6.5, 융점: 180℃, 두께: 표 1 참조)
이들 금속박 및 수지 필름을 표 1에 기재한 적층 순서로 중첩시킨 다음, 접착제를 사용하지 않고 PI를 사용한 예에서는, 압력 4MPa로 330℃×0.5시간, PA는 압력 6MPa로 300℃×0.5시간, PP는 압력 6MPa로 130℃×0.5시간, PC는 압력 6MPa로 140℃×0.5시간, PU은 압력 6MPa로 180℃×0.5시간 열 압착하여, 금속박 및 수지 필름이 밀착 적층해서 이루어지는 전자파 실드재를 얻었다.
또한, 도전율은 JIS C2525:1999의 더블 브리지법으로 측정했다. 비유전률은 JIS C2151:2006에 기재한 B법에 따라서 측정했다.
수지 필름의 150℃에서의 항복점의 유무는, 상술한 시험 순서에 따라서, 시마즈 제작소제 형식 AGS-X의 인장 시험 장치를 사용하여 평가했다. 또, 수지 필름의 150℃, 인장 변형 4%에서의 응력(MPa), 및 금속박의 150℃, 인장 변형 4%에서의 응력(MPa)은 상술한 방법에 따라 시마즈 제작소제 형식 AGS-X의 인장 시험 장치를 이용하여 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1 중에서, 「적층 구조」의 재료의 기재 순서와 「두께」 및 「인장 변형 4%에서의 응력」에서의 재료의 기재순서는 같다.
(자계 실드 효과)
상기 전자파 실드재를 자계 실드 효과 평가 장치(테크노 사이언스 재팬사제 형식 TSES-KEC)에 설치하여, 25℃의 조건하에서, KEC법에 따라서 200kHz에서의 자계 실드 효과를 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 자계 실드 효과가 25dB 이상인 경우를 ◎, 23dB 이상 25dB 미만인 경우를 ○, 23dB 미만인 경우를 ×로 했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(성형 시험)
90mm×90mm의 시트 모양의 각 전자파 실드재에 대해서, 압공 성형 시험기(기타구치 세이키사제, 특주품)에 의해서, 직경 30mm의 반구를 만드는 금형에서, 금형 온도 150℃, 압력 1MPa의 조건으로 성형 시험을 실시했다. 이 때의 감육율은 약 25%였다. 성형품은 반구의 외주면 측이 표 1의 「적층 구조」 란에 나타내는 가장 우측 재료가 되도록 제조했다.
성형 시험 후의 성형품에 대한 균열의 유무를 확인했다. 균열의 유무는 성형품의 최외층 뿐만 아니라, X선 CT(도시바 IT 컨트롤 시스템제 마이크로 CT 스캐너, TOSCANER32251μhd, 관 전류 120㎂, 관전압 80kV)에 의해서 내부를 관찰하여 확인했다. 성형품의 외표면 또는 내부에 금속박 또는 수지 필름의 균열이 관찰된 경우를 성형성이 ×, 균열이 관찰되지 않는 경우를 성형성이 ○으로 했다. 또, 균열이 관찰되지 않았던 것에 대해서, 2매 이상의 금속박에 국소적인 감육이 확인된 것을 ○, 몇 개의 금속박으로 국소적인 감육이 확인된 것을 ◎, 어느 금속박에도 국소적인 감육이 확인되지 않은 것을 ◎◎로 했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1-1]
Figure pct00010
[표 1-2]
Figure pct00011
(고찰)
실시예 1∼13과 관련되는 전자파 실드재는, 뛰어난 자계 실드 효과를 나타낸다는 것을 알 수 있다. 한편, 이들 전자파 실드재는 금속박의 총 두께가 작고, 경량화가 실현되었으며, 성형 가공성도 양호했다.
한편, 비교예 1 및 2는 금속박을 1매 밖에 사용하고 있지 않기 때문에 실드 효과가 불충분했다. 특히, 비교예 2에서는 300㎛ 두께의 큰 금속박을 사용하고 있음에도 불구하고, 실시예 1∼13보다 실드 효과가 작았다.
비교예 3은 항복점을 가지는 수지 필름을 사용함에 따라, 성형 시험에서 균열이 생겼다.
비교예 4는 식(A)을 만족하지 않았기 때문에, 충분한 실드 효과를 얻을 수 없었다.
비교예 5 및 6은 항복점을 가지는 수지 필름을 사용함에 따라, 성형 시험에서 균열이 생겼다.
비교예 7은 식(B)을 만족하지 않았기 때문에, 성형 시험에서 균열이 생겼다.
비교예 8은 식(B) 및 식(C)을 만족하지 않았기 때문에, 성형 시험에서 균열이 생겼다.
비교예 9는 식(C)을 만족하지 않았기 때문에, 성형 시험에서 균열이 생겼다.

Claims (6)

  1. 적어도 2매의 금속박이 수지층을 통해서 밀착 적층된 구조를 가지는 전자파 실드재로서,
    수지층을 구성하는 수지는 150℃에서 항복점을 가지지 않고,
    전자파 실드재를 구성하는 금속박과 수지층의 모든 조합이 하기 식(A)를 만족하고,
    식(A): σM×dM×dR≥3×10-3
    σM: 금속박의 20℃에서의 도전율(S/m)
    dM: 금속박의 두께(m)
    dR: 수지층의 두께(m)
    전자파 실드재를 구성하는 수지층의 수를 i, 금속박의 매수를 j로 하면, 하기 식(B)을 만족하며,
    [수학식 1]
    Figure pct00012

    dRa: a매째 수지층의 두께(㎛)
    fRa: a매째 수지층의 150℃, 인장 변형 4%에서의 응력(MPa)
    dMb: b매째 금속박 두께(㎛)
    fMb: b매째 금속박의 150℃, 인장 변형 4%에서의 응력(MPa)
    또, 전자파 실드재를 구성하는 금속박의 매수를 j로 하면, 1매째부터 j매째까지의 모든 금속박에 대해서 하기 식(C)을 만족하는 전자파 실드재이다.
    식(C): {(dRb1×fRb1)+(dRb2×fRb2)}/(dMb×fMb)≥0. 8
    b: 1부터 j까지의 정수
    dRb1: b매째 금속박의 일방의 표면에 인접하는 수지층의 두께(㎛)
    fRb1: b매째 금속박의 일방의 표면에 인접하는 수지층의 150℃, 인장 변형 4%에서의 응력(MPa)
    dRb2: b매째 금속박의 타방의 표면에 인접하는 수지층의 두께(㎛)
    fRb2: b매째 금속박의 타방의 표면에 인접하는 수지층의 150℃, 인장 변형 4%에서의 응력(MPa)
    dMb: b매째 금속박 두께(㎛)
    fMb: b매째 금속박의 150℃, 인장 변형 4%에서의 응력(MPa)
  2. 제1항에 있어서,
    전자파 실드재를 구성하는 각 금속박의 20℃에서의 도전율이 1.0×106S/m 이상인 전자파 실드재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    전자파 실드재를 구성하는 각 금속박의 두께가 4∼50㎛인 전자파 실드재.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    전자파 실드재를 구성하는 각 수지층의 20℃에서의 비유전률이 2.0∼10.0인 전자파 실드재.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    전자파 실드재를 구성하는 각 수지층의 두께가 4∼500㎛인 전자파 실드재.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    전자파 실드재를 구성하는 금속박 및 수지층은 열 압착에 의해 밀착 적층되어 있는 전자파 실드재.
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