TW201625125A - 電磁波屏蔽複合膜 - Google Patents

Abstract

本發明之電磁波屏蔽複合膜，其結構特徵在於多層吸波結構(Multi-Layered Absorbing Stack Structure)，其至少包括：一反射層、一吸波層及一入射層，其中藉由吸波層之電阻值高於反射層之電阻值，可引導電磁波來回游離於吸波層與反射層之間，促使空間入射的電磁波能量衰減，並減少或消除反射的電磁波。據此，本發明之電磁波屏蔽複合膜具有多層吸波結構，可阻止電磁波對鄰近線路及元件的干擾，此外，多層吸波結構之厚度具薄型化特色，可滿足軟性電路板的質量輕、材料薄、柔韌性好的要求。

Description

電磁波屏蔽複合膜

本發明係有關一種電磁波屏蔽複合膜，尤指一種具有多層吸波結構之電磁波屏蔽複合膜。

為因應電子及通訊產品多功能的市場需求，電路基板的IC構裝需要更輕、薄、短、小；在功能上，則需要強大且高速訊號傳輸。因此，I/O腳數的密度勢必提高，而伴隨著IC腳位數目也得隨之增多。IC載板線路之間的距離越來越近，加上工作頻率朝向高寬頻化，使IC相互之間的電磁干擾(Electromagnetic Interference；EMI)情形越來越嚴重，因此如何有效電磁相容管理(Electromagnetic Compatibility；EMC)，維持電子產品的正常訊號傳遞及提高可靠度將成為重要議題。

市面上，軟板用電磁波屏蔽複合膜依施工方式大致可分為印製型導電漿料(Conductive Paste)與導電貼膠膜(Conductive Adhesive Film)兩大類。一般傳統印刷電路板(硬板)對於電磁波干擾防護措施，大多採用將導電性粉體(例如銀、銅、鎳等金屬)添加於高分子材料中，而形成印製型導電漿料。銀漿料具有極佳的儲存安定性，電磁波屏蔽效果是導電金屬材料中最佳者，但缺點是材料成本太高。銅漿料導電性好，電磁波屏蔽能力又僅次於銀漿料，但缺點是抗氧化能力差，在空氣下銅粉表面極易 生成導電性不佳的氧化銅。鎳漿料相對於銀、銅漿料的電磁波屏蔽能力薄弱許多，尤其是在頻率低於30MHz下，但其抗氧化能力較銅金屬來得優秀，粉體材料價格也比銀、銅金屬便宜許多，因此仍有其產品用途；目前軟板使用的電磁波屏蔽材料，因考量鎳漿料相較於銀、銅漿料要達到不錯的電磁波屏蔽特性需有較厚的塗層，因此軟板電磁波屏蔽材料大多仍採用銀、銅導電漿料。在製程上，印製型導電漿料具有加工方便、不需導電黏著膠，以及設備投資成本相對低廉等優勢，但其仍有諸多缺點尚待改善，如：導電漿料塗佈平整度與膜厚均勻性不易控制，產出效率偏低，為了達到較佳的電磁波屏蔽效益，需塗佈一定厚度的導電漿料，導致犧牲耐曲折特性。此外，印製導電層有氣孔或脫層等方面的疑慮，僅侷限於較不需大幅彎曲的軟板產品或硬板等方面的電磁波屏蔽之用，也就是高階軟板相關產品均不適合採用。

第二種方式的電磁波屏蔽複合膜則是以真空濺鍍(Sputter)或蒸鍍(Evaporation)方式，在導電貼膠膜上沉積單層的銀導電金屬薄膜，藉此提升導電貼膠膜對電磁波干擾屏蔽能力。在考量金屬薄膜材料之可撓性、材料成本與電磁波屏蔽能力等因素下，銀薄膜的沉積厚度約在0.1μm。電磁波屏蔽膜的導電貼膠膜主要是由導電性粉體粒子，搭配具有一定固化交聯反應程度B-stage的高分子材料。一般常用的高分子材料有環氧樹脂(Epoxy Resin)、聚亞醯胺樹脂(Polyimide Resin)、矽樹脂(Silicon Resin)等。從材料成本與製程等方面考量，傳統導電貼膠膜所使用的高分子材料多由熱固化(Thermosetting)型環氧樹脂材料所組成。樹脂材料本身除了要有良好的黏著強度、高溫尺寸安定性，與保護軟板避免外在的化學、濕氣 與溶劑環境影響等膠膜基本功能特性外，為了符合軟板構裝加工性及軟板產品特性，在樹脂材料配方的反應機制設計上，需具備低溫快速硬化(~150℃)、適當的流變性與優異可撓彎曲性等。

以導電貼膠膜方式製作的電磁波屏蔽複合膜除了可以連續快速生產之外，其最大特點是搭配軟板時，具有極佳的可彎曲性、優越的機械接著性和高可靠度，因此導電貼膠膜是近年來廣受業界普遍採用的方式。導電貼膠膜可依電磁波屏蔽區域尺寸大小做合適裁剪，再施加快速熱壓合條件之下(150~170℃、3~10min)，使導電貼膠膜內的導電粒子因樹脂材料受到熱壓而產生形變流動，進而與軟板上的接地走線接觸形成導電通路，之後再經一段時間，使樹脂達到完全交聯固化，以維持良好電性及物性，達到降低軟板接地走線的阻抗值，而降低電磁波干擾目的。由於其金屬薄膜沉積厚度約在0.1~1um之間，故可符合軟板所需的曲撓特性，且符合材料成本與電磁波屏蔽效益的需求，具有優越的彎曲性、機械性與可靠度。然而，此導電貼膠膜方式卻有研發及設備投資成本相對昂貴及無法有效屏蔽低頻率電磁波之缺點。

有鑑於上述缺點，目前仍亟需發展一種可展現優異全波段電磁波屏蔽效果、適合薄型化設計且可降低成本之電磁波屏蔽複合膜，以期應用於軟板電路板時可符合其需求。

本發明之目的在於提供一種電磁波屏蔽複合膜，其利用多層吸波結構以提高全波段電磁波屏蔽效果，並同時可降低以導電貼膠膜方式製作電磁波屏蔽膜之成本，薄型化電磁波屏蔽複合膜之厚度，俾可簡化與 軟性電路板整合工序。

為達成上述目的，本發明提供一種電磁波屏蔽複合膜，其包含：一入射層，其包含一導電填充材料；一吸波層，其係設置於該入射層之一側上；以及一反射層，其係設置於該吸波層上，以夾置該吸波層於該入射層與該反射層之間，其中該吸波層之電阻值高於該反射層之電阻值。

據此，本發明係於該入射層上依序疊置該吸波層及該反射層，藉由該吸波層之電阻值高於該反射層之電阻值，因而引導電磁波來回游離於該吸波層與該反射層之間，促使空間入射的電磁波能量衰減，並減少或消除反射的電磁波，進而達到更佳之全波段電磁屏蔽效果。藉此，本發明具有多層吸波結構之電磁波屏蔽複合膜有利於薄型化設計，以展現軟板所需的曲撓特性。

於本發明中，該入射層中之該導電填充材料可為一石墨烯，其中該石墨烯可為至少一單層石墨烯、至少一多層石墨烯或其混合，且該石墨烯較佳係由化學氣相沈積法(Chemical Vapor Deposition；CVD)或機械剝離法(Mechanical Exfoliation)所製備出，其平均厚度範圍可約為0.2奈米至300奈米。

碳系材料的遮蔽作用主要取決於表面反射，而該石墨烯的結構更有利於提高多次反射損耗，尤其，該石墨烯是一層一層緊密平行排列之片狀結構，其通過層與層的接觸實現導電通路，由於其接觸面大、電阻小，故導電能力較強，俾可達到優異的電磁波屏蔽效果。此外，可藉由改變該入射層中之該導電填充材料的含量比例，以調整該入射層之面電阻值，例如，以該入射層之總重量為基準，該入射層中可包含0.5至80重量百 分比之該導電填充材料，藉以整體提升導引電磁波入射進電磁波屏蔽複合膜，以確保電磁波能自軟性電路板上的接地銅薄墊片導引進該吸波層與該反射層。在此，該入射層之厚度可為5微米至25微米。

於本發明中，該入射層更包含一高分子材料，且該導電填充材料披覆於該高分子材料上或混摻於該高分子材料中，其中該高分子材料並無特殊限制，只要其具備膠膜基本功能特性且不影響電磁波屏蔽效果即可，其較佳為低黏度高分子材料，舉例包括：熱塑性塑膠、熱固性塑膠、熱固性橡膠、熱塑性黏彈體或導電高分子等。更具體地說，該高分子材料可選自由聚烯亞胺(PI)、聚乙烯(PE)、環氧樹脂(Epoxy)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、雙馬來醯亞胺(BMI)及壓克力系高分子所組群組中之至少一者，但不限於此。例如，本發明之具體實施例係採用環氧樹脂，其具體舉例包括：雙酚A型環氧樹脂、苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、縮水甘油醚型環氧樹脂和甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、縮水甘油酯型環氧樹脂、縮水甘油胺型環氧樹脂、線型脂肪族族環氧樹脂、脂環環氧樹脂、雜環環氧樹脂、各種多官能團環氧樹脂和鹵代環氧樹脂物，但不限於此。上述之環氧樹脂可單獨或混合使用，且使用聚醯胺(Polyamide)作為環氧樹脂系統中之硬化劑，其具體舉例包括：芳族聚胺、雙氰胺、酸酐、及各種酚醛清漆樹脂，但不限於此。

於本發明中，該入射層更可視需求而選擇性添加適量之分散劑，其可為醇類分散劑，如聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol；PVA)、不同分子量之聚乙二醇(Polyethylene Glycol；PEG，MW=200~10,000)、乙醇(Ethyl Alcohol)、乙二醇(Ethylene Glycol)、丙二醇(Propylene Glycol)、丁二醇 (Butylene Glycol)、三甘醇(Butylene Glycol)、異丙醇(Isopropyl Alcohol；IPA)或其衍生物或混合物；陰離子分散劑(anion dispersing agent)，如油酸鈉(C₁₇H₃₃COONa)、羧酸鹽、硫酸酯鹽(R-O-SO₃Na)、磺酸鹽(R-SO₃Na)、十二烷硫酸鈉(SDS)或其衍生物或混合物，但不限於此。此外，該入射層更可包括一消泡劑(defoamer)，其具體舉例包括：有機矽氧烷、聚醚、矽和醚接枝、含胺、亞胺和醯胺類等等，但不限於此。

於本發明中，該入射層更可視需求而選擇性添加適量之有機溶劑(Organic Solution)，如丙酮、甲基乙基酮、甲苯、二甲苯、甲基異丁基酮、乙酸乙酯、乙二醇一甲醚、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、甲醇或乙醇，但不限於此，其中上述之有機溶劑可單獨或混合使用。

於本發明中，該吸波層及該反射層之材料較佳為不同金屬材料，其可分別獨立選自由金、銀、銅、鐵、錫、鉛、鈷、鉻、鋁、鎳及其合金所組群組中之至少一者，其中可藉由材料選取及厚度控制，調整該吸波層及該反射層之電阻值。例如，可調整該吸波層具有10至100Ω/□之面電阻，該反射層具有0.2Ω/□以下之面電阻，藉此，由於該吸波層之電阻值高於該反射層，因而引導電磁波來回游離於該吸波層與該反射層之間，促使空間入射的電磁波能量衰減，並減少或消除反射的電磁波，進而達到更佳之全波段電磁屏蔽效果。此外，該吸波層及該反射層之形成方式並無特殊限制，其可藉由如化學沉積、蒸鍍、濺鍍或其他方式依序形成於該入射層表面(亦即，該吸波層之相對兩表面分別與該入射層及該反射層接觸)，且其厚度分別可為0.02微米至0.3微米。藉此，由於該反射層與該吸波層很薄，故可很快吸收來自電子元件的全波段電磁波，以展現較佳之全波段電磁波 屏蔽效果。

於本發明中，該電磁波屏蔽複合膜更可包含一絕緣層，其係設置於該反射層上(即，該反射層位於該絕緣層與該吸波層之間)，其中該絕緣層之厚度可為1微米至5微米，該絕緣層之材料可選自由聚烯亞胺(PI)、聚乙烯(PE)、環氧樹脂(Epoxy)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、雙馬來醯亞胺(BMI)及壓克力系高分子所組群組中之至少一者，但不限於此。此外，該電磁波屏蔽複合膜更可包含一離型膜及一轉寫膜，其中該離型膜係設置於該入射層之另一側上，而該轉寫膜則設置於該絕緣層上(即，該入射層位於該離型膜與該吸波層之間，該絕緣層位於該轉寫膜與該反射層之間)，以保護該入射層、該吸波層及該反射層避免受到外界環境汙染(如水解、灰塵…等等)，且該離型膜及該轉寫膜可於使用該電磁波屏蔽複合膜時撕去，在此該離型膜及該轉寫膜之材料可分別獨自選自由聚烯亞胺、環氧樹脂、聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚丙烯、雙馬來醯亞胺及壓克力系高分子所組群組中之至少一者，且其厚度分別可為30微米至150微米。

綜上所述，本發明可藉由於該入射層上依序形成具有不同電阻值之該吸波層與該反射層，以提高全波段電磁波屏蔽效果，其中該吸波層與該反射層之厚度分別約於300奈米以下(即，該吸波層與該反射層之總合厚度可下降至約600奈米)，即可達到所需之全波段電磁波屏蔽效果，如此可大幅降低成本，並有利於薄型化設計，可滿足軟性電路板的質量輕、材料薄、柔韌性好的要求，且應用於軟性電路板時可節省保護膜(Coverlay)使用的厚度，甚至可以在不用保護膜(Coverlay)的情況下使用該電磁波屏蔽 複合膜，有利於簡化與軟性電路板整合工序。

100‧‧‧電磁波屏蔽複合膜

102‧‧‧轉寫膜

104‧‧‧絕緣層

106‧‧‧反射層

108‧‧‧吸波層

110‧‧‧入射層

112‧‧‧離型膜

圖1係本發明具體實施例之電磁波屏蔽複合膜剖視圖。

圖2係本發明實施例1之電磁波屏蔽複合膜測試結果圖。

圖3係本發明實施例2之電磁波屏蔽複合膜測試結果圖。

圖4係本發明實施例3之電磁波屏蔽複合膜測試結果圖。

圖5係本發明比較例1之電磁波屏蔽複合膜測試結果圖。

圖6係本發明比較例2之電磁波屏蔽複合膜測試結果圖。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

請參閱圖1，其係本發明具體實施例中之電磁波屏蔽複合膜剖視圖。如圖1所示，本發明之電磁波屏蔽複合膜100由上至下依序包含有轉寫膜102、絕緣層104、反射層106、吸波層108、入射層110及離型膜112。以下將於實施例1~3中詳細說明本發明電磁波屏蔽複合膜之製備方法並測試其電磁波屏蔽效果，並與比較例1~2之電磁波屏蔽複合膜進行測試結果比較。

《實施例1》

本實施例之電磁波屏蔽複合膜係由下列之製程步驟完成：以機械剝離法(Mechanical Exfoliation)製備出石墨烯，其平均厚度範圍可約為0.2奈米至300奈米，隨後將石墨烯(25重量百分比)、低黏度高分子黏結劑(40重量百分比之環氧樹脂)、硬化劑(15重量百分比之聚醯胺硬化劑)、分散劑(0.5重量百分比之陰離子分散劑)、有機溶劑(19重量百分比之丁酮、甲苯及乙酸乙酯之混合溶劑)及助劑(0.5重量百分比之消泡劑)等充分均勻混摻，並塗佈分散於PET離型膜112表面上，以形成具有高導電功能的入射層110，其厚度約為15微米；接著透過濺鍍方式在入射層110的表面依序生成厚度50奈米鎳鉻合金的吸波層108與厚度300奈米銅金屬的反射層106。另外，塗佈5微米厚度的環氧樹脂在PET轉寫膜102上，並加以80℃進行烘烤去除溶劑，以形成絕緣層104及轉寫膜102，最後將此絕緣層104及轉寫膜102與反射層106相互貼合，藉此製造出本實施例之電磁波屏蔽複合膜100。

《實施例2》

本實施例之電磁波屏蔽複合膜係由下列之製程步驟完成：以機械剝離法(Mechanical Exfoliation)製備出石墨烯，其平均厚度範圍可約為0.2奈米至300奈米，隨後將石墨烯(25重量百分比)與低黏度高分子黏結劑(40重量百分比之環氧樹脂)、硬化劑(15重量百分比之聚醯胺硬化劑)、分散劑(0.5重量百分比之陰離子分散劑)、有機溶劑(19重量百分比之丁酮、甲苯及乙酸乙酯之混合溶劑)及助劑(0.5重量百分比之消泡劑)等充分均勻混摻，並塗佈分散於PET離型膜112表面上，以形成具有高導電功能的入射層110，其厚度約為15微米；接著透過濺鍍方式在入射層110的表面依序生成厚度50奈米鎳鉻合金的吸波層108與厚度200奈米銀金屬的反射層106。另外，塗佈 5微米厚度的環氧樹脂在PET轉寫膜102上，並加以80℃烘烤去除溶劑，以形成絕緣層104及轉寫膜102，最後將此絕緣層104及轉寫膜102與反射層106相互貼合，藉此製造出本實施例含有石墨烯的電磁波屏蔽複合膜100。

《實施例3》

本實施例之電磁波屏蔽複合膜係由下列之製程步驟完成：以機械剝離法(Mechanical Exfoliation)製備出石墨烯，其平均厚度範圍可約為0.2奈米至300奈米，隨後將石墨烯(25重量百分比)與低黏度高分子黏結劑(40重量百分比之環氧樹脂)、硬化劑(15重量百分比之聚醯胺硬化劑)、分散劑(0.5重量百分比之陰離子分散劑)、有機溶劑(19重量百分比之丁酮、甲苯及乙酸乙酯之混合溶劑)及助劑(0.5重量百分比之消泡劑)等充分均勻混摻並塗佈分散於PET離型膜112表面上形成具有高導電功能的入射層110，其厚度約為15微米；接著透過濺鍍方式在入射層110的表面依序生成厚度50奈米鎳鉻合金的吸波層108與厚度300奈米鋁金屬的反射層106。另外塗佈5微米厚度的環氧樹脂在PET轉寫膜102上，並加以80℃烘烤去除溶劑，以形成絕緣層104及轉寫膜102，最後將此絕緣層104及轉寫膜102與反射層106相互貼合，藉此製造出本實施例含有石墨烯的電磁波屏蔽複合膜100。

《比較例1》

本比較例之電磁波屏蔽複合膜與實施例1所述大致相同，惟不同處僅在於，本比較例之入射層110與反射層106間未形成吸波層108，亦即，本比較例係直接於入射層110表面生成厚度300奈米銅金屬的反射層106。

《比較例2》

本比較例之電磁波屏蔽複合膜與實施例3所述大致相同，惟不同處僅在於，本比較例之入射層110與反射層106間未形成吸波層108，亦即，本比較例係直接於入射層110表面生成厚度300奈米鋁金屬的反射層106。

《測試例》

本測試例係採用HP8722型之向量網路分析儀(Vector Network Analyzer)，搭配同軸夾具，並依據ASTM D4935-99標準規範，於30兆赫(MHz)至3吉赫(GHz)之電磁波頻段範圍內，對實施例1~3及比較例1~2製成之電磁波屏蔽複合膜進行電磁波屏蔽效能的測試。

據此，實施例1~3及比較例1~2之測試結果請參見圖2至6，其結果顯示，實施例1~3於各波段皆可展現優異的電磁波屏蔽效果(請見圖2至4)，然而比較例1~2在低頻率幾乎無電磁波遮蔽效果(請見圖5至6)。由此可證實，本發明於入射層110與反射層106間設置電阻值大於反射層106之吸波層108確實可大幅提高電磁波屏蔽效果，以展現無法預期之優異功效。因此，本發明具有多層吸波結構之電磁波屏蔽複合膜100特別適用於電子裝置、線材及元件上之電磁波屏蔽，例如印刷電路板之電磁屏蔽結構，尤其適合作為軟性電路板抵抗電磁干擾之結構。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

100‧‧‧電磁波屏蔽複合膜

102‧‧‧轉寫膜

104‧‧‧絕緣層

106‧‧‧反射層

108‧‧‧吸波層

110‧‧‧入射層

112‧‧‧離型膜

Claims (15)

1. 一種電磁波屏蔽複合膜，包含：一入射層，其包含一導電填充材料；一吸波層，其係設置於該入射層之一側上；以及一反射層，其係設置於該吸波層上，以夾置該吸波層於該入射層與該反射層之間，其中該吸波層之電阻值高於該反射層之電阻值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電磁波屏蔽複合膜，其中該吸波層之材料係選自由金、銀、銅、鐵、錫、鉛、鈷、鉻、鋁、鎳及其合金所組群組中之至少一者。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電磁波屏蔽複合膜，其中該吸波層之厚度為0.02微米至0.3微米。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電磁波屏蔽複合膜，其中該反射層之材料係選自由金、銀、銅、鐵、錫、鉛、鈷、鉻、鋁、鎳及其合金所組群組中之至少一者。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電磁波屏蔽複合膜，其中該反射層之厚度為0.02微米至0.3微米。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電磁波屏蔽複合膜，其中該導電填充材料為一石墨烯。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電磁波屏蔽複合膜，其中該石墨烯為至少一單層石墨烯、至少一多層石墨烯或其混合。
8. 如申請專利範圍第6項所述之電磁波屏蔽複合膜，其中該石墨烯之平均厚度為0.2奈米至300奈米。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電磁波屏蔽複合膜，其中該導電填充材料之含量為該入射層總重量之0.5至80重量百分比。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電磁波屏蔽複合膜，其中該入射層更包含一高分子材料，且該導電填充材料披覆於該高分子材料上或混摻於該高分子材料中。
11. 如申請專利範圍第10項所述之電磁波屏蔽複合膜，其中該高分子材料係選自由聚烯亞胺(PI)、聚乙烯(PE)、環氧樹脂(Epoxy)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、雙馬來醯亞胺(BMI)及壓克力系高分子所組群組中之至少一者。
12. 如申請專利範圍第1項所述之電磁波屏蔽複合膜，其中該入射層的厚度為5微米至25微米。
13. 如申請專利範圍第1項所述之電磁波屏蔽複合膜，更包含：一離型膜，其係設置於該入射層之另一側上，且該入射層位於該離型膜與該吸波層之間。
14. 如申請專利範圍第1項所述之電磁波屏蔽複合膜，更包含：一絕緣層，其係設置於該反射層上，且該反射層位於該絕緣層與該吸波層之間。
15. 如申請專利範圍第14項所述之電磁波屏蔽複合膜，更包含：一轉寫膜，其係設置於該絕緣層上，且該絕緣層位於該轉寫膜與該反射層之間。