JP2007221107A - 複合電磁波シールド材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波領域において高いシールド効果を有し、機械特性が優れ、軽量かつフレキシブルで安価なシールド材料を提供する。
【解決手段】本発明の複合電磁波シールド材は、有機樹脂フィルムの片面に、下から順に、Ａｌを主成分とする金属箔からなる導電性芯体、乾式Ｃｕめっき層、金属めっき層が形成されてなり、破断伸度が５％以上であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、複合電磁波シールド材及びその製造方法に関するものであり、より詳細には、機械的特性に優れ、軽量かつ電磁波シールド性に優れた複合電磁波シールド材及びその製造方法に関する。

携帯電話、パーソナルコンピューター、電子レンジ等の各種電子機器の普及や高性能化に伴い、電子機器のノイズ防止や電磁波の人体に対する影響防止等の見地から、電磁波シールド材が使用されている。さらに近年、著しい情報通信技術の発展が、大容量の情報通信を実現するとともに、使用周波数帯の高周波化をもたらし、その結果、高周波領域帯におけるシールド特性の向上ならびに軽量なシールド材料が求められるようになった。公知の電磁波シールド材としては、金属箔や金属メッシュなど、金属材料を種々の形で樹脂基板中に埋設したものなどが知られている（例えば特許文献１参照）。また、熱可塑性あるいは熱硬化性樹脂に、繊維状金属フイラーを配合して導電性を付与した導電性複合樹脂組成物などもある（例えば特許文献２参照）。さらに、アルミ箔とフィルムを複合した熱収縮性シールド材や、アルミ箔の表面に炭素材料を含む導電性樹脂を設けたシールド材もある（例えば特許文献３〜４参照）。金属箔や銅編組などを巻いて、シールド性を高めているものもある。

本出願に関する先行技術文献として次のものがある。
特開平２−３０２０９８号公報 特開昭６１−２８７９６２号公報 特開昭６３−１０４８３２号公報 特開平７−１０５７４８号公報

しかしながら、上記のシールド材は比較的高価であり、これが電線自体のコストを上昇させる大きな要因となっている。例えば、フイラーを用いた複合シールド材は、マスターチップ化した複合材を再び樹脂と混練して作製するため、膜厚が安定した製品を製造することが困難であり、その結果、歩留まりが悪く、コストアップの要因となる。また、アルミ箔とフィルムを複合した材料では、そのシールド性は、３０〜３００ＭＨｚ帯領域で効果があるが、現在必要とされている１ＧＨｚ以上の高周波に対するシールド領域においては、その効果が乏しい。さらにこのアルミ箔上に炭素材料を含む導電性樹脂複合材を設けたシールド材においては、炭素材料に黒鉛を用いているため、これが水分を吸収するとアルミ箔と炭素材料との間で局部電池が形成され、その結果アルミ箔の腐食が進行してしまう問題がある。これらに対して、銅箔をシールド材に用いた場合においては、銅箔の厚みを増やすことにより高いシールド効果は得られるが、シールド材自体が重くなる問題が生じる。またこれを電線に組み込んだ場合、電線自体のフレキシブルな屈曲が困難となり、扱いにくいものとなる。
一方、アルミ箔のみを用いた場合、軽量かつフレキシブルなシールド材となるが、アルミ箔だけではシールド効果が乏しいため、アルミ箔の外側に銅からなる編組を巻き付けることで、軽量な電線用シールド材を構成している。しかし、この銅編組が電線のコストを上昇させる要因の一つでもあり、さらに銅編組を用いることで、電線のフレキシビリティーを束縛し、使い勝手も悪くなる。

従って本発明の目的は、主には、高周波に対する電磁波シールド効果を向上した複合電磁波シールド材を提供すると共に、軽量で機械的特性が優れた複合電磁波シールド材を提供することにある。

本発明の複合電磁波シールド材は、有機樹脂フィルムの片面に、下から順に、アルミニウムを主成分とする金属箔からなる導電性芯体、乾式銅めっき層、金属めっき層が形成されてなり、破断伸度が５％以上であることを特徴とする。
本発明の複合電磁波シールド材においては、
１．乾式銅めっき層が、真空蒸着めっき又はスパッタにより形成されていること、
２．金属めっき層が、電解銅めっき又は電解ニッケルめっきであること、
が好適である。
本発明の複合電磁波シールド材の製造方法は、有機樹脂フィルムの片面に、アルミニウムを主成分とする金属箔からなる導電性芯体を積層し、該金属箔の表面にプラズマ処理した後に、乾式銅めっきを行い、さらに金属めっきを行うことを特徴とする。

本発明の複合電磁波シールド材によれば、１ＧＨｚ以上の高周波に対する電磁波シールド効果が優れるだけでなく、軽量であり、かつシールド材の片面のみに金属めっき層を形成し、他方の面に有機樹脂フィルムがラミネートされているので、５％以上の破断伸度を有し、機械的特性にも優れている。

本発明の複合シールド材は、導電性芯体がアルミニウムを主体とする金属箔からなり、その片面に絶縁体である有機樹脂フィルムを貼り合わせ、反対面にシールド効果に優れる成分から構成された金属めっき層が施されている。
本発明においては、導電性芯体の表面に有機樹脂フィルム層、裏面にシールド特性を有する金属めっき層を形成させており、この有機樹脂フィルム層を形成させることにより、シールド材の機械特性が向上する。シールド材を組み込んだ電線を作る場合においては、シールド材に必要とされる機械特性としては５％以上の破断伸度であり、５％未満の材料では、電線を作製する時にシールド材が破断するため適用できない。導電性芯体の両面にシールド層として金属を積層した場合、その破断伸度は極端に低下するため、電線用途のシールド材には不適応となる。

（導電性芯体）
本発明においては、導電性芯体としてアルミニウム（以下、「Ａｌ」ということがある）を主成分とする金属箔を用いる。Ａｌを主成分とする金属箔は安価で軽量であり、これにより軽い材料で高いシールド効果を有するシールド材の提供が可能となる。尚、Ａｌを主成分とする金属箔とは、Ａｌ箔又はＡｌを主成分とするＡｌ合金から成る箔であり、これらは圧延箔又は電解箔のいずれであってもよい。
Ａｌを主成分とする金属箔からなる導電性芯体としては、公知のもの又は市販品（例えばＪＩＳに規定の１０００系、３０００系など）を使用することが可能である。
Ａｌを主成分とする金属箔の厚みは、４〜３５μｍ、特に５〜２０μｍの範囲にあることが好ましい。４μｍ未満の厚みでは、Ａｌを主成分とする金属箔自体の安定生産ならびに生産コストに問題があり、一方３５μｍを超えると電磁波シールド材自体の重量が大きくなり軽量性が損なわれると共に、破断伸度が低下するという問題がある。

（有機樹脂フィルム）
有機樹脂フィルムは、前述したように複合電磁波シールド材の機械的特性を向上させると共に、絶縁体としての役割を有するものである。
有機樹脂フィルムは、熱可塑性フィルム又は熱硬化性フィルムの何れを用いることができる。
熱可塑性フィルムとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、アクリル樹脂、ポリフェレンオキシド、飽和ポリエステル、酢酸セルロース、ポリ酢酸ビニル、エチレン酢ビ共重合体、フッ素樹脂、塩化ビニリデン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリ−４−メチル−１−ペンテン、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフイド、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、液晶ポリマー、熱可塑性エラストマーなど、公知のものを使用することができ、熱硬化性フィルムとしては、エポキシ樹脂、ポリウレタン、シリコーン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアラミドなど、公知のものを使用することができるが、中でもポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルフィルムを好適に用いることができる。

有機樹脂フィルムの厚みは、１．２〜５０μｍの範囲のものを用いることが好ましい。１．２μｍ未満では、フィルムの安定生産とその製造コストの点で問題があり、一方５０μｍを超えると軽量かつフレキシブルなシールド材料を提供することが難しくなるので好ましくない。
フィルム自体は延伸でも無延伸でもよいが、均一なフィルム厚みの点からは延伸したフィルムを用いることが好ましい。
導電性芯体への有機樹脂フィルムの貼り合わせは、フィルムを溶融温度直前まで加熱したラミネート方式、接着界面に接着剤を用いた接着方式など、公知の方法で貼り合わせることが可能である。

（プラズマ処理）
本発明においては、導電性芯体としてＡｌを主成分とする金属箔を用いることから、箔の表面に強固な酸化皮膜が形成されており、この酸化皮膜は、Ａｌを主成分とする金属箔への金属めっきを妨げている。すなわち、かかる酸化皮膜が形成されたＡｌを主成分とする金属箔に直接めっきを行うと、均一に金属が析出できず、例えできたとしても、その金属層とＡｌを主成分とする金属箔との密着性は非常に乏しいものとなる。そのため複合電磁波シールド材からなる電線を作製するときに金属層が剥離して脱落し、その結果、シールド効果が得られなくなってしまうのである。
このため本発明においては、Ａｌを主成分とする金属箔の表面酸化皮膜を取り除く目的で、Ａｌを主成分とする金属箔表面にプラズマを曝す、プラズマ処理を行う。
プラズマ処理に用いるガスには、一般的にＡｒガスが使用されるが、窒素ガス、酸素ガス、へリウムガスでも適用できる。
また、プラズマはＲＦプラズマ装置を用いて形成させることが可能であり、その出力は、１０〜３００Ｗの範囲、特に５０〜２００Ｗの範囲であることが好ましく、これによりＡｌを主成分とする金属箔の表面酸化皮膜を効率よく除去することが可能である。すなわち、１０Ｗ未満ではプラズマの形成が困難であり、例えプラズマを形成できたとしても、Ａｌを主成分とする金属箔上の酸化皮膜を除去するには不十分であり、一方３００Ｗを超えるとフィルムが収縮するなどして、寸法変化が生じるなどの問題がある。

（乾式銅めっき層）
本発明においては、プラズマ処理により酸化皮膜が除去されたＡｌ主成分とする金属箔上に、銅(以下、「Ｃｕ」ということがある)を乾式めっきする。これによりＡｌを主成分とする金属箔表面に酸化皮膜が再形成されるのを抑制することが可能になる。尚、乾式めっきとしては、真空蒸着めっき又はスパッタを挙げることができる。
プラズマ処理後に乾式めっきにより形成される乾式Ｃｕめっき層の厚みは、５〜５００Åの範囲、特に１０〜１００Åの範囲であることが好ましい。乾式Ｃｕめっき層の厚みが５Å未満では、乾式Ｃｕめっき層が不均一となり、次の工程での金属めっきを均一に形成することが困難であると共に、Ａｌが一部露出しているため金属めっき層の密着不良が発生しやすい。

（金属めっき層）
乾式銅めっき層上に被覆する金属めっき層には、シールド特性の優れる銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル−リン合金（Ｎｉ−Ｐ合金）、ニッケル−ホウ素合金（Ｎｉ−Ｂ合金）、ニッケル−モリブテン合金（Ｎｉ−Ｍｏ合金）、ニッケル−タングステン合金（Ｎｉ−Ｗ合金）、ニッケル−コバルト合金（Ｎｉ−Ｃｏ合金）、ニッケル−鉄合金（Ｎｉ−Ｆｅ合金）などを使用することができる。
金属めっき層は、無電解めっきあるいは電解めっきなどの湿式めっきにより形成することが好ましい。金属めっき層の厚みは、０．３〜１５μｍの範囲にあることが好ましく、特に１〜３μｍの範囲の厚みとすることが高いシールド効果を得られるので好ましい。金属めっき層の厚みが０．３μｍ未満の場合、シールド効果が乏しく、一方１５μｍより厚い場合は、シールド材料が重くなり、軽量かつフレキシブルな高シールド材料を提供することが難しくなるので好ましくない。
また、本発明においては、かかるシールド特性を有する金属めっき層の表面に、防錆を目的として適当な化成処理などの保護膜を形成することも可能である。

（実施例１）
導電性芯体として、市販のＡｌ 箔（９μｍ厚）にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム（６μｍ厚）をラミネートして、１５μｍ厚のＡｌ／ＰＥＴ材を作製した。
このＡｌ／ＰＥＴ材を真空成膜装置内に装着し、真空引きを３０分間行った後に、Ａｒガスを導入して０．５Ｐａの気圧に調整したところで、Ｔｉ／ＳＵＳ電極で構成されているＲＦプラズマ電極内に２００Ｗの出力を加えてＡｒプラズマを形成させる。このＡｒプラズマ内にＡｌ／ＰＥＴ材を通過させながら、Ａｌ表面上の酸化皮膜を除去した。
Ａｌ箔表面上の酸化皮膜を除去した後、スパッタ電源としてＤＣプラズマ電極を使用し、プラズマ出力３２５０ＷでＣｕスパッタを行い、Ａｌ箔上に１００Å厚のＣｕをスパッタした。
このＣｕをスパッタしたＡｌ／ＰＥＴ材を真空成膜装置から取り出し、２μｍ厚のＣｕめっきを行った。Ｃｕめっき浴の組成は、硫酸銅６水和物が２００ｇ／Ｌ、硫酸：５０ｇ／Ｌ、塩化物イオン：５０ｐｐｍ、銅めっき光沢剤：５ｍｌ／Ｌ（奥野製薬製添加剤ＳＦ−Ｍ）であり、このめっき浴を用いて、浴温２５〜３０℃、電流密度：３〜５Ａ／ｄｍ^２でＣｕめっきを行って、複合電磁波シールド材を作製した。
評価結果は表１に示す通りであり、良好な結果が得られた。

（実施例２）
導電性芯体として、市販のＡｌ箔（７μｍ厚）にＰＥＴフィルム（４μｍ厚）をラミネートして、１１μｍ厚のＡｌ／ＰＥＴ材を作製し、このＡｌ／ＰＥＴ材について、実施例１と同様にして、Ａｌ箔表面上の酸化皮膜を除去した。
Ａｌ箔表面上の酸化皮膜を除去した後、再び４×１０^−４Ｐａまで真空引きし、あらかじめ真空装置内の蒸着部分のるつぼ内に銅源を準備しておき、ここをＥＢガンで照射して加熱することでＡｌ箔表面に１００Å厚のＣｕを蒸着した。
このＣｕを蒸着したＡｌ／ＰＥＴ材について、Ｃｕめっき厚を１μｍとした以外は実施例１と同様にしてＣｕめっきを行い、複合電磁波シールド材を作製した。
評価結果は表１に示す通りであり、良好な結果が得られた。

（実施例３）
導電性芯体として、市販のＡｌ箔（３５μｍ厚）にＰＥＴフィルム（６μｍ厚）をラミネートして、４１μｍ厚のＡｌ／ＰＥＴ材を作製し、このＡｌ／ＰＥＴ材について、実施例１と同様にして、Ａｌ箔表面上の酸化皮膜を除去した。
Ａｌ箔表面上の酸化皮膜を除去した後、乾式Ｃｕめっき層の厚みを１０Å（プラズマ出力３２５Ｗ）とした以外は、実施例１と同様にしてＡｌ箔表面にＣｕをスパッタした。
このＣｕスパッタしたＡｌ／ＰＥＴ材について、Ｃｕめっき厚を２μｍ厚とした以外は実施例１と同様にしてＣｕめっきを行い、複合電磁波シールド材を作製した。
評価結果は表１に示す通りであり、良好な結果が得られた。

（実施例４）
導電性芯体として、市販のＡｌ箔（２０μｍ厚）にＰＥＴフィルム（１１μｍ厚）をラミネートして、３１μｍ厚のＡｌ／ＰＥＴ材を作製し、このＡｌ／ＰＥＴ材について、実施例１と同様にして、Ａｌ箔表面上の酸化皮膜を除去した。
Ａｌ箔表面上の酸化皮膜を除去した後、乾式Ｃｕめっき層の厚みを５０Å(プラズマ出力１６２５Ｗ)とした以外は実施例１と同様にしてＡｌ箔表面上にＣｕスパッタを行った。
このＣｕスパッタしたＡｌ／ＰＥＴ材を真空成膜装置から取り出し、１μｍ厚のニッケルめっきを行った。ニッケルめっき浴の組成は、硫酸ニッケル６水和物が２４０ｇ／Ｌ、塩化ニッケル６水和物が４５ｇ／Ｌ、ホウ酸：３０ｇ／Ｌ、ピット防止剤：２ｍｌ／Ｌ（日本化学産業：ピットレス）であり、このめっき浴を用いて、浴温５５〜６０℃、電流密度：５Ａ／ｄｍ^２でニッケルめっきを行い、複合電磁波シールド材を作製した。
評価結果は表１に示す通りであり、良好な結果が得られた。

（実施例５）
導電性芯体として、市販のＡｌ箔（７μｍ厚）にＰＥＴフィルム（４μｍ厚）をラミネートして、１１μｍ厚のＡｌ／ＰＥＴ材を作製した。
このＡｌ／ＰＥＴ材について、プラズマ出力を５０Ｗにした以外は実施例１と同様にして、Ａｌ箔表面上の酸化皮膜を除去した。
Ａｌ箔表面上の酸化皮膜を除去した後、実施例１と同様にしてＡｌ箔面上に１００Å厚のＣｕをスパッタした。
このＣｕスパッタしたＡｌ／ＰＥＴ材について、Ｃｕめっき厚を１μｍとした以外は実施例１と同様にして、Ｃｕめっきを行い、複合電磁波シールド材を作製した。
評価結果は表１に示す通りであり、良好な結果が得られた。

（比較例１）
プラズマ処理を施さない以外は実施例１と同様にして、複合電磁波シールド材を作製した。
評価結果は表１に示す通りであり、密着性は初期は良好であったが、経時後は剥離する結果となった。

（比較例２）
プラズマ処理を施さない以外は実施例２と同様にして、複合電磁波シールド材を作製した。
評価結果は表１に示す通りであり、密着性は初期から剥離する結果となった。

（比較例３）
導電性芯体として、市販のＡｌ箔（７μｍ厚）にＰＥＴフィルム（４μｍ厚）をラミネートして、１１μｍ厚のＡｌ／ＰＥＴ材を作製し、このＡｌ／ＰＥＴ材について、電磁波シールド効果と破断伸度のみを測定した（密着性評価は省略）。
評価結果は表１に示すとおりであり、破断伸度は良好であったが、シールド性は実施例に比べて乏しい結果であった。

（比較例４）
ＰＥＴフィルムをラミネートしない以外は、実施例１と同様にして、複合電磁波シールド材を作製した。
評価結果は表１に示す通りであり、密着性は良好な結果が得られたが、破断伸度は５％以下となり十分な機械的特性は得られなかった。

(評価方法)
１．密着性評価方法
作製した複合電磁波シールド材のＣｕ層とＡｌ箔の密着性を調べる目的で、めっき直後にテープ剥離試験を行い、さらに促進試験として、タバイエスペック製の恒温恒湿器（７５℃−ＲＨ９５％）内にこの複合電磁波シールド材を２週間静置した後（表１では経時後として示す）にテープ剥離試験を行った。このテープ剥離試験には、ニチバン株式会社製セロハン粘着テープ２４ｍｍ幅を用いた。
評価基準：Ｃｕの残存面積が７０％以上 ○
Ｃｕの残存面積が７０％未満 ×

２．クロストーク法によるシールド性評価方法
１） 図１に示すように、中央部に外部導体を剥いた部分（３０ｃｍ長）を有する１ｍ長のマイクロ波ケーブル１に３ＧＨｚの高周波を入力し、マイクロ波ケーブル１に近接して置かれた、前記ケーブルと向様のマイクロ波ケーブル２に乗り移った高周波の出力（Ｐ１）を測定する。
２) 次に上記１）と同様にして、マイクロ波ケーブル２に１５ｍｍ幅のサンプルを剥き出し部（但し、左右の外部導体はリード線で電気的に接合されている）を中心に、少なくともＣｕ層を内側に且つ表裏の約１／３の面積が互いに重なるようにスパイラル状に剥き出し部の１５ｃｍ手前から６０ｃｍ長（４０回巻き）巻いたケーブルに乗り移った高周波の出力（Ｐ２）を測定する。
３） 下記式によりシールド効果を算出し、マイクロ波ケーブル２に巻いたサンプルのシールド性を評価し、シールド効果の値が大きいほど電磁波シールド性は良好とした。尚、シールド性の合格基準は４０ｄＢ以上である。
シールド効果（ｄＢ）＝−１０Ｌｏｇ（Ｐ２／Ｐ１）

３．破断伸度の測定方法
テンシロン（ＯＲＩＥＮＴＥＣ社製引っ張り試験器ＲＴＣ−１２１０Ａ）を用いて、サンプル幅が１５ｍｍでチャック間隔が１００ｍｍ長となるようにサンプルを準備し、１００ｍｍ／分の速度でサンプルを引っ張り、破断するまでの伸びをチャック間隔距離に対する百分率で示した。合格基準は５％以上である。

本発明によれば、Ａｌ箔などの比較的軽量な導電性芯体の片面側にシールド効果の優れる金属層を形成させ、その反対面に有機樹脂フィルム、特にポリエステル系のフィルムを張り合わせることで、機械特性が優れ、軽量かつ高シールドな電磁波シールド材を提供することができる。

本発明によれば、高周波領域において高いシールド効果を有し、機械特性が優れ、軽量かつフレキシブルで安価なシールド材料を製造し、提供することができる。本発明で製造したシールド材は、特に極細の電線用シールド材に用いた場合、その特徴を生かすことができる。

クロストーク法によるシールド性測定装置を示す。

Claims (4)

1. 有機樹脂フィルムの片面に、下から順に、アルミニウムを主成分とする金属箔からなる導電性芯体、乾式銅めっき層、金属めっき層が形成されてなり、破断伸度が５％以上であることを特徴とする複合電磁波シールド材。
2. 前記乾式銅めっき層が、真空蒸着めっき又はスパッタにより形成されている請求項１記載の複合電磁波シールド材。
3. 前記金属めっき層が、電解銅めっき又は電解ニッケルめっきである請求項１又は２記載の複合電磁波シールド材。
4. 有機樹脂フィルムの片面に、アルミニウムを主成分とする金属箔からなる導電性芯体を積層し、該金属箔の表面にプラズマ処理した後に、乾式銅めっきを行い、さらに金属めっきを行うことを特徴とする複合電磁波シールド材の製造方法。

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