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Nikkei X-TECH_2023.8.9

첨단기술 뉴스 플러스
도레이, 금속을 사용하지 않는 전자파 흡수 시트 개발
전파 장해 대책으로 5G용 통신기기에 적용

도레이는 필름 성형으로 축적한 나노 적층 기술을 활용해 밀리미터파(파장이 1~10mm, 주파수 30~300GHz 전자파)를 90%(20dB) 이상 흡수하는 폴리에스테르제 시트를 개발했다.

실리콘 수지 등에 금속이나 금속산화물 입자를 배합한 기존의 밀리미터파 흡수 시트에 비해 두께는 1/5 이하, 질량은 약 1/10로 얇고 가볍다. 금속을 사용하지 않는 만큼 가격도 낮아질 수 있다고 한다. 전파 장애 대책으로서 5G용 통신기기 등에 적용하는 것을 상정한다.

개발한 밀리미터파 흡수 시트는 유전율이 높은 폴리에스테르와 낮은 폴리에스테르를 수㎛ 두께로 번갈아 적층해 만든다. 전자파가 시트를 투과하면 고유전체층 내에 강한 분극이 발생하고, 이 분극이 전자파 흡수 특성을 만든다고 한다.

분극이란 고유전체층의 윗변과 아랫변의 경계면에 각각 플러스와 마이너스 전하가 모인 상태를 가리킨다. 이 때 전자파의 주파수(에너지)에 따라 분극의 방향(플러스와 마이너스 위치)이 반전을 반복한다. 예를 들면, 주파수 77GHz라면 1초에 770억 회 반전한다.

이 분극 반전에 의한 전자파의 에너지 손실이 전자파 흡수의 정체다. 시트의 분극이 강한 쪽이 분극 반전에 많은 에너지를 사용하므로 보다 강하게 전자파를 흡수할 수 있다. 개발품은 다층 구조를 형성함으로써 경계면의 면적을 늘리고 분극을 강화하고 있다.

다층 구조의 형성에는 도레이가 일찍이 전개하고 있는 기능성 필름 ‘PIASUS’의 적층 기술을 응용했다. 이번 밀리미터파 흡수 시트는 PIASUS에 비해 각 층이 두꺼워 적층 수는 적다고 한다.

한편 기존 제품은 금속산화물 등의 유전체 입자를 실리콘 수지 등에 분산시켜 만든다. 유전체 입자 하나하나가 갖는 분극이 전자파 흡수에 기여한다. 단, 이 구성에서는 분극의 방향을 한 방향으로 맞추기 어렵다.

이 때문에 반대 방향을 향한 분극이 캔슬되면서 시트 전체에서 분극이 약해져 버린다. 결과적으로 높은 전자파 흡수 특성을 얻기 위해 많은 유전체 입자를 첨가해야 했고, 그에 따라 시트가 두껍고 무거워졌다.

-- 층 두께로 흡수 주파수를 제어 --
개발한 밀리미터파 흡수 시트는 1층의 두께를 바꿈으로써 흡수하는 주파수 영역을 임의로 제어할 수 있다. 구체적으로는 1층의 두께를 얇게 할수록 보다 높은 주파수를 흡수할 수 있다고 한다.

예를 들면, 자동차 충돌 방지 레이더 등에 활용되는 77GHz대용은 시트 전체 두께를 0.4mm로, 스마트폰이나 공장 내 로컬 5G 통신 등에서 사용되는 28GHz는 1.1mm가 되도록 적층한다. 각 층의 구체적인 두께는 공개하지 않았지만 두 시트의 적층 수는 같다고 한다.

“밀리미터파 관련 시장이 한창 형성되고 있는 중이다. 밀리미터파 흡수 시트의 시장 규모는 2030년에 약 200억 엔에 달할 것이다. 이번 개발품은 얇고 가벼운 특징을 활용하는 용도에서 높은 점유율을 노리고 있으며, 2030년에 30억엔의 매출을 목표하고 있다”(도레이 필름연구소의 마쓰오(松尾) 연구원).

이미 도레이는 개발품 샘플을 제공하기 시작했다. 시트 소재는 폴리에스테르로 국한하지 않고 고객의 요구에 따라 다양한 재료에 대응할 수 있다고 한다. 25~26년에 양산을 시작할 계획이다.

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