JP2017028280A - 高性能電磁波シールド及び高放熱複合機能シート - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器から発生する電磁波をシールドし、電子機器から発生する熱を効率良く放出できる高性能ＥＭＩシールド及び高放熱機能の複合シートを提供する。
【解決手段】グラファイトシート２０に金属層を圧着して製造するもので、金属層は多数の気孔１１が形成されている金属シート１０aであり、グラファイトシートはローラの圧着により気孔に浸透し、金属シートはローラの圧着によって厚さが薄くなると共に気孔の大きさも小さくなって、グラファイトシートと結束される。ローラの圧着によりグラファイトシートが気孔に浸透する深さは、金属シートの厚さの１５％よりも大きいことを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、高性能電磁波シールド及び高放熱機能を持つ複合機能シートに関し、電磁気波の表面反射と内部吸収を有し、高放熱機能も持つ高性能電磁波シールド及び高放熱複合機能シートに関する。

近年、電子機器が薄型化、軽量化、小型化するにつれて電子機器に内蔵される電気回路も高機能、高密度、高集積化、複合化されることによって電磁波によるノイズ、障害などが頻繁に発生している。
電磁波は、電子機器間に相互電波撹乱でノイズを発生させたり、電子製品の効率低下、寿命短縮を引き起こす。

また、電磁波は人体に有害な影響を及ぼす可能性があるので、電子機器から発生する電磁波をシールドし、電子機器から発生する熱を効率良く放出できる高性能ＥＭＩシールド及び高放熱機能の複合シートが求められる。

既存の電磁波シールドシートは、電磁気波の表面反射を利用したものと電磁気波の内部吸収を利用したものとをそれぞれ別途適用したものであって、電磁波シールド性能を高めるのには限界がある。また、従来の電磁波シールドシートは、単に電磁波をシールドする役割のみをするため、電子機器から発生する熱を放出するために別途の放熱シートをさらに使用しなければならないので、製品の薄膜化、スリム化は難しく、製品の単価を上昇させる原因となっていた。

本発明は、上記の問題点を解決するための複合機能シートであって、電磁波シールド性能を最大化し、熱を効率良く放出できる高放熱機能を備えた複合機能シートを提供する。

上記目的を達成するために、本発明の高性能電磁波シールド及び高放熱複合機能シートは、グラファイトシートに金属層を圧着して製造するものであって、前記金属層は、多数の気孔が形成されている金属シートであり、前記グラファイトシートはローラの圧着により前記気孔に浸透し、前記金属シートは前記ローラの圧着により厚さが薄くなると共に前記気孔の大きさも小さくなって前記グラファイトシートと結束され、前記ローラの圧着により前記グラファイトシートが前記気孔に浸透する深さは、前記金属シートの厚さの１５％よりも大きい。

また、前記金属シートの一面に接着される離型紙をさらに有し、前記グラファイトシートは、前記金属シートの他面に形成され、順次積層された前記離型紙、金属シート、グラファイトシートを前記ローラで圧着する。

また、前記グラファイトシートは、前記金属シートの一面に形成される第１のグラファイトシートと、前記金属シートの他面に形成される第２のグラファイトシートとから成り、前記第１のグラファイトシートと第２のグラファイトシートは、圧着により前記気孔に浸透して互いに接触する。

また、前記金属シートは、前記グラファイトシートの一面に形成される第１の金属シートと、前記グラファイトシートの他面に形成される第２の金属シートとから成り、前記グラファイトシートは、前記第１の金属シートに形成されている気孔と前記第２の金属シートに形成されている気孔にそれぞれ浸透する。

また、本発明の高性能電磁波シールド及び高放熱複合機能シートは、前記グラファイトシートのいずれか一面又は両面に、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）蒸着により前記金属層を形成した後、４０μｍ以下の厚さに圧着する。

本発明は、電磁波の表面反射と内部吸収とが可能な高性能電磁波シールド及び高放熱機能を持つ複合機能シートであって、電子機器を薄型化、薄膜化し易く、電磁波シールドと放熱機能が行なわれる一体型複合機能シートで大量生産が可能なため、価格競争力に優れている。

本発明の第１の実施形態に係る金属シートの例示図である。 本発明の第１の実施形態に係る複合機能シートの電磁波シールド測定データである。 本発明の第１の実施形態に係る複合機能シートの放熱測定データを示した図である。 本発明の第１の実施形態に係る金属シートの断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る金属シートとグラファイトシートの結束方法を示した図である。 本発明の第1の実施形態に係る複合機能シートの断面構造を概略的に示した図である。 本発明の第１の実施形態に係る他の構造の複合機能シートの断面構造を概略的に示した図である。 本発明の第１の実施形態に係る他の構造の複合機能シートの断面構造を概略的に示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る複合機能シートを概略的に示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る保護層が含まれた複合機能シートを概略的に示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る複合機能シートの電磁波シールド測定データを示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る複合機能シートの電磁波シールド測定グラフである。 本発明の第２の実施形態に係る複合機能シートの放熱測定データを示した図である。

本発明は、電磁波シールド効果及び放熱機能に優れた複合機能シートを製造ために案出されたものである。以下、添付された図面を参照して各実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態に係る高性能電磁波シールド及び高放熱複合機能シートは、グラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）シートに金属層を圧着して製造するものであって、第１の実施形態における金属層は、多数の気孔１１が形成されている金属シート１０ａである。

金属シート１０ａは、高性能電磁波シールドシートであって、電磁波の表面反射及び導電性に優れた金属（銅、アルミニウム、亜鉛、銀、鉄、クロムなど）、又はこれらの金属の合金を利用して電磁気波の内部吸収が可能な金属ワイヤ（ｗｉｒｅ）で織った平織網やその他の様々な構造の金属織網もなることができる。このような金属シート１０ａは、約１００メッシュ以上、厚さ２００μｍ以下に製造し、プレスや圧延機などを利用して圧縮することによって、厚さ約７０μｍ以下となる。図４に示すように金属シート１０ａを圧縮することにより、金属シート１０ａは、稠密な気孔１１を有し、ワイヤの線接触は面接触となり接触表面積が増加することによって、金属シート１０ａは、電磁波シールド及び吸収機能を持つと共に放熱効果も向上する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る金属シートの例示図である。

グラファイトシート２０は、放熱性能に優れており、高性能電磁波シールドシートである金属シート１０ａと共にローリング圧着して結合させる。または、金属シート１０ａとグラファイトシート２０をプレスを利用して圧着させることもできる。金属シート１０ａとグラファイトシート２０の圧着工程は、放熱性能に優れたグラファイトシート２０を金属シート１０ａの上側に位置させて同時に圧縮する。この時、金属シート１０ａの気孔１１の大きさが減りながら気孔１１に浸透されたグラファイトシート２０を結束するようになり、互いに結合された一体型シートになる。これにより、本発明の複合機能シートは、高性能電磁波シールド及び高放熱機能を有する。また、本発明の複合機能シートは、接着剤を使用することなく金属シート１０ａとグラファイトシート２０とをを結合させることによって接着樹脂による熱抵抗のない一体型シートとなり放熱効果に優れている。

一方、既存の放熱塗料及び粘着剤を利用して互いに異なるシートをラミネートさせた製品は、両方のシートを接着させるために接着樹脂を使用することによって、接着樹脂による熱抵抗が発生して単一シートの放熱特性よりも放熱効果が劣る問題がある。
次は、本発明の第１の実施形態に係る様々な構造の高性能シールド及び高放熱複合機能シートの例である。

構造１
金属シート１０ａの上部にグラファイトシート２０を位置させる。このように、互いに積層された金属シート１０ａとグラファイトシート２０の厚さは、約８０〜２００μｍで、圧延ローラ間に通過させて約４０〜１２０μｍの厚さにする。

この時、圧延ローラの回転速度は、０．０１５〜０．８ｍ／ｓである。もし、圧延ローラの速度が０．０１５ｍ／ｓよりも遅い場合は、複合機能シートの生産性及び効率が急激に劣り、圧延ローラの速度が０．０８ｍ／ｓよりも速い場合、シートのねじれや変形が発生することがあるので、複合機能シートの品質が低下するおそれがある。

一方、金属シート１０ａとグラファイトシート２０とが圧延ローラを通過する時、図５に示すようにグラファイトシート２０は、圧力により一部が気孔１１に浸透するようになり、金属シート１０ａは圧力により厚さが薄くなると共に気孔１１の大きさが小さくなる。このようにグラファイトシート２０が気孔１１に浸透しながら気孔１１の大きさが小さくなるにつれて別途の接着樹脂を使用することなく金属シート１０ａとグラファイトシート２０を圧着させて両方のシートを結束させることができる。

圧延ローラの圧力によってグラファイトシート２０が気孔１１に浸透する時、グラファイトシート２０の浸透深さｔ２は、圧着された状態で金属シート１０ａの厚さｔ１の１５％よりも大きい。グラファイトシート２０の浸透深さが金属シート１０ａの厚さの１５％よりも小さい場合、金属シート１０ａとグラファイトシート２０との結合が安定しておらず、互いに分離されたり、本来の性能を発揮することができないので、グラファイトシート２０は、金属シート１０ａの厚さの１５％以上浸透するようにしなければならない。

このように金属シート１０ａとグラファイトシート２０とを圧着して結束した後は、図６に示すように、複合機能シートのいずれか一面又は両面に導電や絶縁特性を持つ粘着剤３０が形成されている離型紙４０（ＰＥＴ）を取り付けさせる。
または、金属シート１０ａとグラファイトシート２０とを圧着する前に、離型紙４０を金属シート１０ａに取り付けることもできる。

＊複合機能シートのシールド率は、ネットワークアナライザ（Ｅ５０７１Ｃ）製造会社Ａｇｉｌｅｎｔ、シールド効果試験ジグ（ＥＭ−２１０７Ａ）製造会社Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｔｒｉｃｓなどの測定機器を利用して素材のシールド効果をＫＳ Ｃ ０３０４：１９９８測定規格により３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの周波数領域で測定した。

従来の電子機器に使用されるシールドシートは、平均５５〜６５ｄＢのシールド率であるが、図２に示すように本発明の複合機能シートは７１．８５４〜８４．４９１ｄＢのシールド率を示す優れたシールドシートである。

放熱測定は、赤外線熱画像カメラスウェーデンＦＬＩＲ社Ｅ６３９００機器で測定し（測定条件：設定温度６０℃で１０分経過後変化した温度を測定）既存のグラファイトシート及びグラファイトコーティングシートよりも放熱効果に優れた高放熱シートである。

従来のグラファイトシートは、測定温度が４４．６℃、グラファイトコーティングシートは、５１．４℃であるが、図３に示すように本発明の複合機能シート（ＮＯ １）は、４３．３℃と優れた放熱効果を示している。

構造２
まず、グラファイトシートは、金属シート１０ａの一面に形成される第１のグラファイトシート２０−１と金属シート１０ａの他面に形成される第２のグラファイトシート２０−２とに区分することができる。即ち、図７に示すように、構造２の複合機能シートは、金属シート１０ａの両面にそれぞれグラファイトシート（２０−１、２０−２）が形成され、金属シートとグラファイトシートの結束方法は、構造１と同一である。金属シート１０ａの両面に形成される第１のグラファイトシート２０−１と第２のグラファイトシート２０−２は、圧着によって金属シート１０ａに形成されている気孔１１に浸透して互いに接触し、圧着された複合機能シートの厚さは９０〜１４０μｍになる。

構造３
まず、金属シートは、グラファイトシート２０の一面に形成される第１の金属シート１０ａ−１とグラファイトシート２０の他面に形成される第２の金属シート１０ａ−２とに区分することができる。即ち、構造３の複合機能シートは、二枚の金属シート（１０ａ−１、１０ａ−２）間にグラファイトシート２０が位置し、金属シートとグラファイトシートの結束方法は、構造１と同一である。第１の金属シート１０ａ−１と第２の金属シート１０ａ−２との間に形成されるグラファイトシート２０は、圧着により第１の金属シート１０ａ−１に形成されている気孔１１と第２の金属シート１０ａ−２に形成されている気孔１１にそれぞれ浸透し、圧着された複合機能シートの厚さは９０〜１６０μｍになる。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態に係る電磁波シールド及び高放熱薄膜複合機能シートは、金属層１０、グラファイトシート２０及び保護層５０から成る。
グラファイトシート２０は、放熱性能に優れており、これらのグラファイトシート２０のいずれか一面又は両面に真空スパッタリング蒸着により金属層１０を形成する。金属層１０は、銅、アルミニウム、銀などであり得る。

スパッタリングは真空状態で行われ、蒸着しようとする物質（Ｔａｒｇｅｔ）と膜を被る部分（本実施形態では、銅（Ｃｕ）をグラファイトシートの表面に形成）に電界を加え、Ｔａｒｇｅｔ（Ｃｕ）とグラファイトシート２０との間にプラズマを起こして不活性気体であるＡｒ^＋が（−）極と接続されたＴａｒｇｅｔ（Ｃｕ）の方向に移動しながらＴａｒｇｅｔの金属（Ｃｕ）と当たることによって、金属（Ｃｕ）粒子が飛び出されて反対側にあるグラファイトシート２０の表面に蓄積される。

図９に示すように、前記スパッタリング蒸着によりグラファイトシート２０の一面に形成される金属層１０は、３００〜１０００Åの厚さに形成される。また、金属層１０が形成されたグラファイトシート２０は、ローラＲによる圧延を介して４０μｍ以下の厚さに薄く作製することができる。

このようにローラＲによる圧延を介して金属層１０が形成されているグラファイトシート２０を圧着することによって、金属層１０が形成されているグラファイトシート２０の表面平坦性を向上させ、組織を密にして放熱性能を向上させることができる。

また、グラファイトシート２０の表面に金属層１０を形成した後、金属酸化を防止するために、図１０に示すように金属層１０が形成されているグラファイトシート２０の表面に保護層５０を形成する。即ち、保護層５０は、グラファイトシート２０の表面に形成されている金属層１０を覆う。

また、本発明の適用される製品の特性に応じて、グラファイトシート２０のいずれか一面又は両面に導電や絶縁特性を持つ粘着剤層３０が形成されている離型紙４０を取り付けることができる。

上述したような本発明の電磁波シールド及び高放熱複合機能シートは、別途の樹脂接着剤を使用することなくグラファイトシート２０の表面に金属層１０を形成することによって、樹脂による熱抵抗が発生しないので、放熱効果をさらに向上させることができる。

本発明の第２の実施形態に係る電磁波シールド及び高放熱複合機能シートのシールド率は、ネットワークアナライザ（Ｅ５０７１Ｃ）製造会社Ａｇｉｌｅｎｔ、シールド効果試験ジグ（ＥＭ−２１０７Ａ）製造会社Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｔｒｉｃｓなどの測定機器を利用して、ＫＳ Ｃ ０３０４：１９９８測定規格により３０ＭＨｚ〜１．５ＧＨｚの周波数領域で測定した。

電子機器に使用される従来の一般的なシールドシートは、平均５５〜５６ｄＢのシールド率であるが、本発明の実施形態に係る電磁波シールド及び高放熱複合機能シートは６９．２〜７９．３ｄＢの高いシールド率を示す。（図１１ないし図１２を参照）

また、本発明の実施形態による電磁波シールド及び高放熱複合機能シートの放熱測定は、赤外線熱画像カメラスウェーデンＦＬＩＲ社Ｅ６３９００機器で測定し（測定条件：設定温度６０℃で１０分経過後変化した温度を測定）既存のグラファイトシート及びグラファイトコーティングシートよりも放熱効果に優れたことが分かる。

従来のグラファイトシートは、測定温度が３８．４℃、放熱フィラーコーティングシートは３９．１℃であるが、本発明の第２の実施形態に係る複合機能シート（ＮＯ ３）は、測定温度が３７．２℃と優れた放熱効果を示す。（図１３を参照）

一方、本発明の電磁波シールド及び高放熱複合機能シートは、１０〜１５ｔｏｒｒの真空条件で真空コーティング（ｖａｃｃｕｍ ｃｏａｔｉｎｇ）の高エネルギーを加えることによって、固体状態の金属又は非金属を気体に変換させてグラファイトシート２０の表面に取り付けさせることもできる。

本発明の高性能電磁波シールド及び高放熱薄膜複合機能シートは、上述した実施形態に限定されず、本発明の技術思想が許容される範囲内で様々に変形して実施することができる。

本発明の高性能電磁波シールド及び高放熱複合機能シートは、モバイルデバイスの内部や電子機器のＬＣＤウィンドウガラスの内方に取り付けて、モバイルデバイスや電子機器から発生する電磁波を遮断し、モバイルデバイスや電子機器の放熱特性を向上させることができる。

１０ 金属層
１０ａ 金属シート
１１ 気孔
２０ グラファイトシート
３０ 粘着剤
４０ 離型紙
５０ 保護層

Claims (5)

1. グラファイトシートに金属層を圧着して製造する高性能電磁波シールド及び高放熱複合機能シートであって、
   前記金属層は、多数の気孔が形成されている金属シートであり、
   前記グラファイトシートは、ローラの圧着により前記気孔に浸透し、
   前記金属シートは、前記ローラの圧着によって厚さが薄くなると共に前記気孔の大きさも小さくなって前記グラファイトシートと結束され、
   前記ローラの圧着により前記グラファイトシートが前記気孔に浸透する深さは、前記金属シートの厚さの１５％よりも大きいことを特徴とする高性能電磁波シールド及び高放熱複合機能シート。
2. 前記金属シートの一面に接着される離型紙をさらに有し、
   前記グラファイトシートは、前記金属シートの他面に形成され、
   順次積層された前記離型紙、金属シート、グラファイトシートを前記ローラで圧着することを特徴とする請求項１に記載の高性能電磁波シールド及び高放熱複合機能シート。
3. 前記グラファイトシートは、前記金属シートの一面に形成される第１のグラファイトシートと、前記金属シートの他面に形成される第２のグラファイトシートとから成り、
   前記第１のグラファイトシートと第２のグラファイトシートは、圧着により前記気孔に浸透して互いに接触することを特徴とする請求項１に記載の高性能電磁波シールド及び高放熱複合機能シート。
4. 前記金属シートは、前記グラファイトシートの一面に形成される第１の金属シートと、前記グラファイトシートの他面に形成される第２の金属シートとから成り、
   前記グラファイトシートは、前記第１の金属シートに形成されている気孔と前記第２の金属シートに形成されている気孔にそれぞれ浸透することを特徴とする請求項１に記載の高性能電磁波シールド及び高放熱複合機能シート。
5. グラファイトシートに金属層を圧着して製造する高性能電磁波シールド及び高放熱複合機能シートであって、
   前記グラファイトシートのいずれか一面又は両面にスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）蒸着により前記金属層を形成した後、４０μｍ以下の厚さに圧着することを特徴とする高性能電磁波シールド及び高放熱複合機能シート。

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