본 논문에서는 NFC 나 핸드폰, 컴퓨터 등의 정보통신기기에 사용하기 위한 높은 주파수 대역의 전자파 차폐 필름을 개발하기 위하여, 주로 자계를 차폐할 수 있는 니켈 및 실리콘과 철의 합금의 연자성 특성을 연구함에 있어 최적의 합금조성으로 Fe-Si-Cr 합금과 Fe-Ni-Cr 합금의 자성특성에 대하여 연구하였고, 그 결과에 의하여 결정된 합금의 조성비에 따라 각 합금을 용융상태에서 수분산시켜 원형 편상의 연자성 합금분말을 만들었으며, 그들을 수지에 함침시키고 가열 회전 롤러를 이용한 캘린더 가공법으로 두께 0.1 mm 및 1 mm 의 필름을 만든 다음, 저주파에서부터 10GHz 마이크로파대역까지의 전자파에 대한 투자율과 차폐율에 대하여 연구하였다. 또한 본 논문에서는 합금 분말입자의 제조에 앞서, 합금의 투자율을 예측할 수 있는 식을 제안하였으며, 그 식의 합리성을 증명하기 위해 MATLAB을 이용하여 기 발표된 합금들의 투자율과 주파수 특성을 비교적 정확하게 기술하고 있음을 보였고, 그로부터 가장 이상적인 합금의 조성비를 결정하고, 분말입자가 수지에 함침된 필름의 투자율 역시 계산하였다. 전자파 차폐 수지 필름의 차폐율(Shielding Effectiveness)에 대한 시뮬레이션은 HFSS를 이용하였다.
본 논문에서는 NFC 나 핸드폰, 컴퓨터 등의 정보통신기기에 사용하기 위한 높은 주파수 대역의 전자파 차폐 필름을 개발하기 위하여, 주로 자계를 차폐할 수 있는 니켈 및 실리콘과 철의 합금의 연자성 특성을 연구함에 있어 최적의 합금조성으로 Fe-Si-Cr 합금과 Fe-Ni-Cr 합금의 자성특성에 대하여 연구하였고, 그 결과에 의하여 결정된 합금의 조성비에 따라 각 합금을 용융상태에서 수분산시켜 원형 편상의 연자성 합금분말을 만들었으며, 그들을 수지에 함침시키고 가열 회전 롤러를 이용한 캘린더 가공법으로 두께 0.1 mm 및 1 mm 의 필름을 만든 다음, 저주파에서부터 10GHz 마이크로파대역까지의 전자파에 대한 투자율과 차폐율에 대하여 연구하였다. 또한 본 논문에서는 합금 분말입자의 제조에 앞서, 합금의 투자율을 예측할 수 있는 식을 제안하였으며, 그 식의 합리성을 증명하기 위해 MATLAB을 이용하여 기 발표된 합금들의 투자율과 주파수 특성을 비교적 정확하게 기술하고 있음을 보였고, 그로부터 가장 이상적인 합금의 조성비를 결정하고, 분말입자가 수지에 함침된 필름의 투자율 역시 계산하였다. 전자파 차폐 수지 필름의 차폐율(Shielding Effectiveness)에 대한 시뮬레이션은 HFSS를 이용하였다.
In this paper the magnetic field properties of the soft magnetic alloys (Fe-Si-Cr and Fe-Ni-Cr) are studied in advance for the development of electro-magnetic shielding films, which could be used in the IT Devices (NFC, mobile phone, computer, etc.).As a result each of the selected soft magnetic all...
In this paper the magnetic field properties of the soft magnetic alloys (Fe-Si-Cr and Fe-Ni-Cr) are studied in advance for the development of electro-magnetic shielding films, which could be used in the IT Devices (NFC, mobile phone, computer, etc.).As a result each of the selected soft magnetic alloy melts of the corresponding compositions is water-dispersed into the disk-shaped grains, which are soaked in polymer resin, and of which two types of thin film of thickness 0.1mm and 1mm are made by passing through the heating calendar roller. And the magnetic permeability and the shielding effectiveness of the polymer films containing the soft magnetic alloy grains are measured over the whole frequency bands from the low frequency to 10GHz. Before the experiments of the soft magnetic alloy, a special equation is proposed to estimate the permeability of the alloy, and the equation is verified with the pre-published data by MATLAB, and from which the most optimal compositions can be decided. And the SE(Shielding Effectiveness) of the polymer films containing the soft magnetic alloy grains is simulated by the HFSS.
In this paper the magnetic field properties of the soft magnetic alloys (Fe-Si-Cr and Fe-Ni-Cr) are studied in advance for the development of electro-magnetic shielding films, which could be used in the IT Devices (NFC, mobile phone, computer, etc.).As a result each of the selected soft magnetic alloy melts of the corresponding compositions is water-dispersed into the disk-shaped grains, which are soaked in polymer resin, and of which two types of thin film of thickness 0.1mm and 1mm are made by passing through the heating calendar roller. And the magnetic permeability and the shielding effectiveness of the polymer films containing the soft magnetic alloy grains are measured over the whole frequency bands from the low frequency to 10GHz. Before the experiments of the soft magnetic alloy, a special equation is proposed to estimate the permeability of the alloy, and the equation is verified with the pre-published data by MATLAB, and from which the most optimal compositions can be decided. And the SE(Shielding Effectiveness) of the polymer films containing the soft magnetic alloy grains is simulated by the HFSS.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 논문에서는 전반적인 전자파 차폐 재료들에 대한 특성을 검토하고, 사용되는 금속 입자들의 종류나 조성, 입자의 형태(입형), 밀도(입도), 그리고 수지의 종류를 최적으로 선정하여 마이크로파 주파수 대역까지 간편하게 사용할 수 있는 전자파 차폐 수지필름(electro-magnetic Shielding film)에 대한 연구한다.
연자성 금속분말 수지필름의 차폐효율 및 내열성, 부착력, 굴곡성 등을 극대화하고, 생산 공정을 단축하여 대량 생산과 원가절감의 경쟁력을 확보하기 위하여 내열성과 금속층과의 부착력이 우수한 폴리스티렌(PS)과 폴리에틸렌(PE), 그리고 폴리테트라플로우로에틸렌(PTFE)을 집중적으로 연구 조사하였으며, 생산성이 가장 뛰어난 PE를 대상으로 연구하였다.[8]
제안 방법
본 논문에서는 먼저 비투자율 100,000 이상의 연자성 합금 분말의 성분과 조성을 결정하고, 그 합금분말을 수지에 함침시켜서 얇은 Film 모양으로 제작함으로써, 사용자의 편의성이 고려된 굴곡성(Flexible)있는 필름 형태의 전자파 차폐 수지 필름을 개발하였으며, 사용되는 여러 가지 연자성 재료의 성분조성과 금속분말의 입도(Size), 입형(Shape), 밀도(Density) 등에 따른 전자파 차폐효과를 연구하였다.
본 논문에서는 반복적인 합금 분말 제조 실험을 통하여 양산체제 하에서 고속으로 생산하면서도 원반형으로 고르게 합금 분말 입자가 유지되도록 하면서 수지에 함침시켜 유연성 있는 수지박막이 가능하도록 하기 위한 입자의 두께를 0.1㎛ 및 1㎛ 로 선택하였고, 두께에 대한 반경의 비인 입도분포는 30∼50 및 60∼80으로 최적화시켰다.
수지층의 두께는 부착력, 굴곡성, 내열성 등의 문제점이 발생하지 않도록 너무 얇거나 두껍지 않은 0.1 mm 및 1 mm 로 하였다.
식 (6)을 사용하여 먼저 다양한 조성비에 따른 합금의 투자율을 계산하였고, 그 합금분말들을 수지에 함침시켜 만들어진 연자성 차폐 박막 재료의 투자율을 계산한 다음, 최종적으로 HFSS를 사용하여 차폐율을 계산하였다.
이론/모형
상기의 투자율 측정법들 중 코일Inductance측정법, 1-2차 코일 결합계수 측정법, LCR Meter 측정법은 비교적 낮은 주파수 대역에서 이루어질 수 있는 측정법이고, 나머지 3가지는 높은 주파수 대역까지 측정할 수 있는 방법들이지만, 통상적으로 투자율의 측정은 매우 까다로워서 5～50% 의 오차가 보편적인 것으로 알려져있기 때문에, 본 논문에서는 보다 정확한 측정을 위하여 고가의 Impedance/Material Analyzer(E4991A)를 사용하였으며, 제작된 연자성 합금들의 비투자율 측정결과를 그림 11에 나타내었다.
성능/효과
마이크로파 주파수대역 전자파 자계를 차폐하기 위한 필름의 투자율을 극대화 시키는 것이 기술적으로 매우 어려운 것으로 나타났으나, 본 논문에서 개발된 실리콘 합금은 2 GHz 근체에서도 약 10 이상의 비투자율을 갖는 것으로 확인되었고, 그를 이용한 필름의 SE 가 약 5～10 dB 정도로서 이는 스마트폰의 전자파 차폐에 유용하게 사용될 수 있다는 것을 의미하는 것이다. 따라서 다소간의 차폐효율 감소를 감수하더라도 더 얇고 작은 입도분포의 입자를 사용함이 바람직하며, 실제 측정 결과에 의하면 수지 필름의 두께에 의한 영향은 대부분 열손실에 의한 것으로 나타났기 때문에, 두께가 5～10 ㎛ 의 연자성 자계 차폐 필름의 개발도 가능할 것으로 판단된다.
본 논문에서는 지금까지의 연구결과 및 문헌조사를 토대로 자성체에 관한 모든 데이터를 분석하였고, 그들을 종합하여 강자성 재료와 상자성 재료, 그리고 반자성 재료를 각각 한 가지씩 사용하여 구현된 연자성 합금재료의 비 투자율에 관한 주파수 의존성을 일관성 있게 나타낼 수 있는 한 개의 식을 도출해내었으며, MATLAB 을 사용하여 식(6)에 기존의 합금들 특성을 합리적으로 나타낼 수 있음을 증명하였다.
합금 분말을 이용한 연자성 자계 차폐 필름의 경우에는 Fe-Si-Cr 합금과 Fe-Ni-Cr 합금의 자성특성에 대하여 연구하였고, 그 결과 니켈합금은 연자성 특성을 가지면서도 저주파 투자율도 80,000 이상으로 높고 마이크로파 주파수 대역까지 낮은 값이나마 사용 가능한 투자율을 갖는 것으로 확인되었으나, 실리콘 합금은 저주파 비투자율은 약 20,000 정도로 낮은 편이지만, 주파수가 증가함에 따라 비투자율의 감쇠율이 작아서 마이크로파 대역에서는 비교적 니켈 합금에 비하여 자성특성이 더 우월한 것으로 나타났다.
후속연구
마이크로파 주파수대역 전자파 자계를 차폐하기 위한 필름의 투자율을 극대화 시키는 것이 기술적으로 매우 어려운 것으로 나타났으나, 본 논문에서 개발된 실리콘 합금은 2 GHz 근체에서도 약 10 이상의 비투자율을 갖는 것으로 확인되었고, 그를 이용한 필름의 SE 가 약 5～10 dB 정도로서 이는 스마트폰의 전자파 차폐에 유용하게 사용될 수 있다는 것을 의미하는 것이다. 따라서 다소간의 차폐효율 감소를 감수하더라도 더 얇고 작은 입도분포의 입자를 사용함이 바람직하며, 실제 측정 결과에 의하면 수지 필름의 두께에 의한 영향은 대부분 열손실에 의한 것으로 나타났기 때문에, 두께가 5～10 ㎛ 의 연자성 자계 차폐 필름의 개발도 가능할 것으로 판단된다. 또한 단순한 전자파 차폐의 목적으로는 허수부의 투자율과 와전류에 의한 열손실도 효과가 있다고 할 수 있으나, 안테나의 지향성을 향상시키기 위한 목적으로는 사용되기 어렵기 때문에, 향후 약 10～100 MHz 근처에서 큰 값을 나타내는 투자율의 허수부를 제거하고 합금의 저항률을 높이기 위한 연구가 계속되어야 할 것이고, 더 효율적인 합금의 조성비와 함께 필름 두께 10 ㎛ 이하의 차폐특성에 대하여도 더욱 연구가 필요하다고 할 것이다.
따라서 다소간의 차폐효율 감소를 감수하더라도 더 얇고 작은 입도분포의 입자를 사용함이 바람직하며, 실제 측정 결과에 의하면 수지 필름의 두께에 의한 영향은 대부분 열손실에 의한 것으로 나타났기 때문에, 두께가 5～10 ㎛ 의 연자성 자계 차폐 필름의 개발도 가능할 것으로 판단된다. 또한 단순한 전자파 차폐의 목적으로는 허수부의 투자율과 와전류에 의한 열손실도 효과가 있다고 할 수 있으나, 안테나의 지향성을 향상시키기 위한 목적으로는 사용되기 어렵기 때문에, 향후 약 10～100 MHz 근처에서 큰 값을 나타내는 투자율의 허수부를 제거하고 합금의 저항률을 높이기 위한 연구가 계속되어야 할 것이고, 더 효율적인 합금의 조성비와 함께 필름 두께 10 ㎛ 이하의 차폐특성에 대하여도 더욱 연구가 필요하다고 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
연자성 재료 중 강자성 재료는 어떻게 사용하는가?
첫 번째인 강자성 재료의 경우에는 주로 자주파 용으로 사용되며, 얇은 층(0.1∼100 nm)을 냉동 중합하여 사용하기도 하고, 철과 니켈의 합금을 분말 형태로 만들어 산에 담구어서 표면을 산화시킨 것을 압착시켜서 사용하기도 하는데, 후자의 경우에는 금속 산화물의 태생적인 전기 절연특성으로 인하여 와전류 손실을 피할 수 있다.
전자파 차폐는 왜 필요한가?
무선 통신 기술의 발달 및 디지털 기기의 급속한 보급에 따라서 컴퓨터 등의 사무용기기, 휴대전화 등의 신기기를 포함한 전기/전자 및 정보 통신 제품들의 급속한 발전에 따른 고성능화 및 소형화, 경량화가 이루어지고 있으며, 그러한 요청에 부응하기 위하여 전자부품들이 고집적화 되어야 하므로, 부품들 사이의 간섭이나 인체 위해를 감소시키기 위하여 전자파 차폐의 필요성이 더욱 강조되고 있다.
차폐 필름이 부착되는 부위는?
특히 다층 기판(Multi-Layer PCB)이나 플렉서블 프린트 기판(FPCB), 휴대폰 안테나와 본체 사이, 액정기판 사이, 휴대폰 및 디지털 카메라의 CCD (Charge Coupled Device), RF 회로, 노트북 PC 의 액정본체 접속 케이블과 CPU, 기판들 사이, 보조기억장치 접속케이블, 그리고 LCD TV 및 내비게이션, 위성방송 수신기 등의 유사한 부분들에 차폐 필름(Shield film)이 부착되어 사용되고 있으며, FPCB 상의 반복 굴곡 되는 전기회로에는, 우수한 차폐 효과 외에 굴곡에 잘 견딜 수 있는 높은 굴곡성이 요구된다.[1]
참고문헌 (10)
김남, 이승우, 전양배 "무선전력전송에 따른 EMI/EMC 및 인체 영향 연구 동향", 대한전자공학회, 제38권, 제10호, 2011년 10월.
Ichikawa,M.,Okazaki,M.,"A magnetic shielding type superconducting fault current limiter using a Bi2212 thick film cylinder"IEEE Journals & Magazines., Vol.5, No.2, pp.1067-1070, June. 1995.
Te-Ko Wu, Tsai, Leonard L,"Low-Frequency Shielding Properties of Conducting Cylindrical Shells of Arbitrary Cross Section" IEEE Journals & Magazines., vol.EMC-20, No.2, pp.349-351, Mar. 1978.
Valenzuela, R., Betancourt, I., "Giant magnetoi mpedance, skin depth, and domain wall dynamics"IEEE Journals&Magazines, vol. 38, No. 5, pp.3081-3083, Sep. 2012.
Iowa State University "Theory and Practice-Making use of the Barkhausen Effect" May. 2011.
Y.Shlepnev, "Nickel Characterization for Interconnect Analysis", Simberian, 2011.
CSC Catalog "CSC's Advanced Technology Enables to Fulfill Diverse Needs of Clients Regarding Soft Magnetic Powder Cores.", 2011
Abeysekera, S.s, Xue Yao, Zhuquan Zang, "A comparison of various low-pass filter architectures for simma-delta demodulators" IEEE Conference Publications, vol.2, pp.380-383, Jun. 1999.
Tingdong ZHOU, Zhengyun WANG, Jiangkang TANG , Haipeng LU, "Structure and magnetic properties of Fe-based powders prepared by mechanical alloying", Acta Metall. Sin. Vol.23,No.5, pp.351-356, October. 2010
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.