Improvement for Shielding Effectiveness of EMI Shield Layers using Conformal Spray Coating Scheme

콘포멀 스프레이 코팅으로 형성한 EMI 차단막의 차폐효과 개선

Abstract

Shielding effectiveness (SE) improvement with EMI shield layers fabricated by conformal spray coating system was studied. Silver or Nickel powder filled acrylic resin were sprayed on the samples. We compared the performance with the viscosity of 400 cPs and 100 cPs cases. The thickness range of the coating layer was 20 to 50 um for the silver, 60 to 120 um for the nickel. The shielding effectiveness was measured by ASTM D4935 using coaxial type TEM-cell. The silver-filled resin showed much better performance than that of the nickel-filled resin. The shielding effectiveness increased almost proportional to the thickness of the coating layers until being saturated around 63 dB for the silver-layer or around 34 dB for the nickel-layer. The best performance measured in this study was the shielding effectiveness of 63 dB with $35{\mu}m-thick$ of silver-layer.

콘포멀 스프레이 코팅으로 형성한 EMI 차단막으로 차폐효과(SE)를 얼마나 개선할 수 있는지 연구하였다. 차단막을 형성하는데 사용한 재료는 도체 분말을 아크릴계 바인더에 혼합한 금속-레진 복합재료이며, 금속분말로는 은(Ag)과 니켈(Ni)을 비교하였다. 재료의 점도는 400 cPs와 100 cPs에서 차폐성능을 비교하였다. 차단막의 두께는, 은의 경우 20 um에서 50 um, 니켈의 경우 60 um에서 120 um로 만들어 비교하였다. 차폐효과의 측정은 동축형 표준 측정기를 이용하여 ASTM D4935 방법으로 수행하였다. 니켈 시료보다 은 시료의 차폐효과가 우수했다. 차폐효과는 차단막 두께와 비례해 증가하지만 35 um 이상에서 더 이상 증가하지 않는다는 사실도 관찰하였다. 가장 차폐효과가 좋은 경우는 35 um 두께 은 시료 차단막으로, 63 dB의 차폐효과가 측정되었다.

그림 1. FR4 기판에 콘포멀 스프레이 코팅으로 EMI 차단막을 형성한 시료의 구조 Fig. 1. The structure of the EMI shield layers fabricated by conformal spray coating on FR4 substrate

그림 2. FR4 기준 시료의 시뮬레이션 결과 Fig. 2. Simulation results of FR4 reference sample

그림 3. FR4 기판에 동박이 입혀진 경우의 시뮬레이션 결과 Fig. 3. Simulation result for Copper cladding FR4 substrate sample

그림 4. 그래파이트막이 코팅된 FR4 시료의 시뮬레이션 결과 Fig. 4. Simulation results for graphite coated FR4 substrate

그림 5. 측정 시스템 구성 Fig. 5. Measurement instrument set-up

그림 6. FR4 기판 위에 콘포멀 스프레이 코팅으로 형성한 EMI 차단막; (a)니켈-아크릴 도료, (b)은-아크릴 도료 Fig. 6. EMI shield layers fabricated by conformal spray coating on FR4 substrate; (a) nickel-acrylic, (b) silver-acrylic

그림 7. 점도 400 cPs인 은-아크릴 도료를 50 um로 코팅한 시료의 차단효과(SE) Fig. 7. Shielding effectiveness of 50 um-thick silver-acrylic coated sample with 400 cPs viscosity

그림 8. 점도 100 cPs인 은-아크릴 도료를 50 um 및 35 um 로 코팅한 시료의 차단효과(SE) Fig. 8. Shielding effectiveness of 50 um-thick and 35 um-thick silver-acrylic coated sample with 100 cPs viscosity

그림 9. 니켈-아크릴 도료 EMI 차단막의 두께에 따른 차폐효과(SE) 변화 Fig. 9. Shielding effectiveness for EMI shield layers of the nickel-acrylic material

그림 10. 은-아크릴 도료 EMI 차단막의 두께에 따른 차폐효과(SE) 변화 Fig. 10. Shielding effectiveness for EMI shield layers of the silver-acrylic material

그림 11. 니켈-아크릴 도료와 은-아크릴 도료의 EMI 차폐효과(SE) 비교 Fig. 11. EMI Shielding effectiveness comparison between the nickel-acrylic material and the silver-acrylic material