專利名稱：電磁屏蔽線纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線纜，尤其涉及具有電磁屏蔽功能的線纜。
背景技術(shù)：
電/f茲屏蔽(Electro Magnetic Interference ， EMI)線纜是電子產(chǎn)業(yè)里較為 常用的信號(hào)傳輸線材，微米級(jí)尺寸的電磁屏蔽線纜更廣泛應(yīng)用在IT產(chǎn)品、 醫(yī)學(xué)儀器、空間設(shè)備中。傳統(tǒng)的線纜內(nèi)部設(shè)置有兩個(gè)導(dǎo)體，內(nèi)導(dǎo)體用以傳輸 電信號(hào)，外導(dǎo)體用以屏蔽傳輸?shù)碾娦盘?hào)并且將其封閉在內(nèi)部，從而使線纜具 有高頻損耗低、屏蔽及抗干擾能力強(qiáng)、使用頻帶寬等特性。
一般情況下，電磁屏蔽線纜從內(nèi)至外的結(jié)構(gòu)依次為形成內(nèi)導(dǎo)體的纜芯、 包覆在纜芯外表面的絕緣介質(zhì)層、形成外導(dǎo)體的屏蔽層和外護(hù)套。其中，纜 芯用來傳輸電信號(hào)，材料以銅或銅鋅合金為主。屏蔽層通常由多股金屬線編 織或用金屬薄膜巻覆在絕緣介質(zhì)層外形成，用以屏蔽電磁千擾或無用外部信 號(hào)干擾。對(duì)于金屬線編織而成的屏蔽層，金屬線的含量和編織的松緊程度會(huì) 影響其抗千擾能力，為獲得較好的屏蔽效果，通常，屏蔽層中金屬線的含量 較大且需要將其編織的較為緊密。對(duì)于金屬薄膜巻覆在絕緣介質(zhì)層外而成的 屏蔽層，需預(yù)先形成金屬薄膜后巻覆于絕緣介質(zhì)層外。上述金屬線編織和金 屬薄膜巻覆形成的屏蔽層，在生產(chǎn)速度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于線纜纜芯的生產(chǎn)速度，是 限制電磁屏蔽線纜量產(chǎn)的主要因素，另外，大量使用金屬線或金屬薄膜材料 作為屏蔽層，電磁屏蔽線纜的生產(chǎn)成本也較高。
綜上所述，確有必要提供一種電磁屏蔽線纜，該線纜內(nèi)部設(shè)置的屏蔽層 具有良好的電磁屏蔽性能并且易于制造，適于低成本大量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
下面將以實(shí)施例說明一種電磁屏蔽線纜，其具有良好的電磁屏蔽效果并 且結(jié)構(gòu)簡單適于低成本大量生產(chǎn)。
一種電磁屏蔽線纜，包括至少一個(gè)纜芯、包覆在纜芯外的至少一個(gè)絕緣介質(zhì)層、至少一個(gè)電磁屏蔽層和外護(hù)套，其中，電磁屏蔽層包含多個(gè)碳納米 管繩。
本發(fā)明采用碳納米管繩形成電磁屏蔽層，因碳納米管具有良好的導(dǎo)電性 能從而使屏蔽層具有較強(qiáng)的屏蔽效果，同時(shí)，該屏蔽層相較于現(xiàn)有技術(shù)中編 織金屬線或巻覆金屬薄膜結(jié)構(gòu)簡單，更因此適于低成本大量生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的電磁屏蔽線纜的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例的電磁屏蔽線纜的截面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明第三實(shí)施例的電磁屏蔽線纜的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例電磁屏蔽線纜的結(jié)構(gòu)及其制造 方法。
本發(fā)明電磁屏蔽線纜包括至少 一 纜芯、包覆在纜芯外的至少 一 絕緣介質(zhì) 層、至少一電磁屏蔽層和外護(hù)套。
請(qǐng)參考圖1，本發(fā)明第一實(shí)施例的電磁屏蔽線纜10為電磁屏蔽同軸線 纜，包括一個(gè)纜芯110、包覆在纜芯110外的絕緣介質(zhì)層120、包覆在絕緣 介質(zhì)層120外的屏蔽層130和包覆在屏蔽層130外的外護(hù)套140。其中，纜
芯110、絕緣介質(zhì)層120、屏蔽層130和外護(hù)套140同軸設(shè)置。
纜芯IIO可以由一個(gè)單獨(dú)的導(dǎo)電芯構(gòu)成，也可以由多個(gè)導(dǎo)電絲相互纏繞 形成，附圖中僅顯示一單獨(dú)的導(dǎo)電芯。導(dǎo)電芯或?qū)щ娊z均由導(dǎo)電材料制成， 可以選用導(dǎo)電金屬材料、導(dǎo)電金屬合金材料、碳納米管線或含碳納米管的復(fù) 合導(dǎo)電材料。其中，導(dǎo)電金屬材料優(yōu)選銅或鋁。導(dǎo)電金屬合金材料優(yōu)選銅鋅 合金或銅銀合金，其中，銅鋅合金中銅的質(zhì)量百分比約為70%,鋅的質(zhì)量百 分比約為30%;銅銀合金中銅的質(zhì)量百分比約為10%~40%，銀的質(zhì)量百分 比約為60% 90%。碳納米管線為多個(gè)碳納米管間通過范德華力首尾相連從 而形成預(yù)定長度的碳納米管束。碳納米管復(fù)合導(dǎo)電材料由碳納米管和含導(dǎo)電 金屬的材料組成。優(yōu)選地，碳納米管復(fù)合導(dǎo)電材料由碳納米管和含銅材料制 成，含銅材料優(yōu)選銅、銅鋅合金或銅銀合金。當(dāng)碳納米管復(fù)合材料由銅和碳納米管組成時(shí)， >暖納米管在銅材料中的重量百分比約為0.01%~2%;當(dāng)^ 友納 米管復(fù)合材料由銅鋅合金和碳納米管組成時(shí)，銅鋅合金中銅的重量百分比約 為70%，鋅的重量百分比約為30%,碳納米管在銅鋅合金中的重量百分比約 為0.01% 2%;當(dāng)碳納米管復(fù)合材料由銅銀合金和碳納米管組成，合金中銅 的重量百分比約為10%~40%,銀的重量百分比約為60% 卯％,碳納米管在 銅4艮合金中的重量百分比約為0.01%~2%。
絕緣介質(zhì)層120用于電氣絕緣，可以選用聚四氟乙烯或納米粘土 -高分 子復(fù)合材料。納米粘土-高分子復(fù)合材料中納米粘土是納米級(jí)層狀結(jié)構(gòu)的硅 酸鹽礦物，是由多種水合硅酸鹽和一定量的氧化鋁、堿金屬氧化物及堿土金 屬氧化物組成，具耐火阻燃等優(yōu)良特性，如納米高嶺土或納米蒙脫土。高分 子材料可以選用硅樹脂、聚酰胺、聚烯烴如聚乙烯或聚丙烯等，但并不以此 為限。本實(shí)施例優(yōu)選納米蒙脫土 -聚乙烯復(fù)合材料，其具有良好的電氣絕緣、 耐火阻燃、低煙無卣等特性，不僅可以為纜芯提供有效的電氣絕緣，保護(hù)纜 芯，同時(shí)還能滿足環(huán)保的要求。
屏蔽層130由多個(gè)碳納米管繩組成，該碳納米管繩直接或編織成網(wǎng)狀纏 繞在絕緣介質(zhì)層120外。每個(gè)碳納米管繩包括多個(gè)從碳納米管束陣列長出的 碳納米管束片段，每個(gè)碳納米管束片段具有大致相等的長度且每個(gè)碳納米管 束片段由多個(gè)相互平行的碳納米管束構(gòu)成，其中，碳納米管束片段兩端通過 范德華力相互連接。
屏蔽層130中的碳納米管繩的制備方法主要包括以下步驟 步驟(一)，制造碳納米管束陣列。
提供一平整光滑的基底，可選用p型或n型硅基底，本實(shí)施例中選用p 型硅基底，其直徑為2英寸，厚350微米。在基底上采用電子束蒸發(fā)法、熱 沉積或?yàn)R射法等方法形成厚度為幾納米到幾百納米的金屬催化劑層，其中金 屬催化劑可為鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或其合金之一，優(yōu)選用鐵為催化劑，沉 積厚度約為5納米。
而后將沉積有催化劑的基底在空氣中退火，退火溫度范圍為300 400 。C，時(shí)間約為10小時(shí)。之后基底被分割成許多矩形小塊，矩形小塊放入石 英舟中，在保護(hù)氣體存在條件下，在反應(yīng)爐中加熱一段時(shí)間使其達(dá)到一預(yù)定 溫度， 一般為500-700。C，優(yōu)選為650。C。再通入30 sccm碳源氣與300 sccm的保護(hù)氣體(如氬氣)5 30分鐘，制 得高度約IOO微米的碳納米管束陣列。
其中碳源氣為碳?xì)浠衔?，可為乙炔、乙烷等，?yōu)選用乙炔，該保護(hù) 氣體為惰性氣體或氮?dú)狻?br> 為得到可拉制碳納米管繩的碳納米管束陣列，在制造碳納米管束陣列
的過程中，必須滿足以下三個(gè)條件
(1) 基底平整光滑；
(2) 碳納米管束陣列的生長速度快；
(3) 碳源氣的分壓要低。
生長碳納米管束陣列的基底平整光滑，可以使得位于基底表面的碳納 米管生長得更密集，從而形成垂直于基底的碳納米管束陣列。
形碳沉積在碳納米管的表面，從而減小碳納米管束間的范德華力。因?yàn)闊o定 形碳的沉積速度正比于碳源氣的分壓，可以通過調(diào)整碳源氣與保護(hù)氣體的流 速比控制碳源氣的分壓。而碳納米管束陣列的生長速度正比于催化劑與反應(yīng) 爐的溫度差?？梢酝ㄟ^調(diào)整碳源氣的流速控制催化劑的溫度，而反應(yīng)爐的溫 度可以直接控制。
在本實(shí)施例中，催化劑與反應(yīng)爐的最低溫度差控制為5(TC,碳源氣的 分壓要低于20%,最好是低于10%。 步(二)，制造碳納米管繩。
從碳納米管束陣列中選定一包括多個(gè)碳納米管束的碳納米管束片段， 并使用拉伸工具拉伸該碳納米管束片段，使碳納米管繩沿拉伸方向形成。
在拉伸過程中，碳納米管束片段在拉力的作用下沿拉力方向伸長的同 時(shí)，碳納米管束片段兩端由于范德華力的作用而相互連接在一起，形成碳納 米管繩。
拉伸所用的力的大小取決于所選碳納米管束片段的寬度該寬度越寬， 所需要的力越大。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出0.1毫牛的力可以拉出200微米寬的碳納 米管繩。在本實(shí)施例中高度為IOO微米的碳納米管束陣列可以拉出長度為30 厘米、直徑為200微米的碳納米管繩。
外護(hù)套140由絕緣材料制成，可以選用納米粘土-高分子材料的復(fù)合材
6料，其中納米粘土可以為納米高嶺土或納米蒙脫土，高分子材料可以為硅樹 脂、聚酰胺、聚烯烴如聚乙烯或聚丙烯等，但并不以此為限。本實(shí)施例優(yōu)選 納米蒙脫土-聚乙烯復(fù)合材料，其具有良好的機(jī)械性能、耐火阻燃性能、低 煙無卣性能，不僅可以為線纜提供保護(hù)，有效抵御機(jī)械、物理或化學(xué)等外來 損傷，同時(shí)還能滿足環(huán)境保護(hù)的要求。 .
請(qǐng)參閱圖2,本發(fā)明第二實(shí)施例揭示的電磁屏蔽線纜20包括多個(gè)纜芯 210 (圖2中共顯示七個(gè)纜芯)、每一纜芯210外覆蓋一個(gè)絕緣介質(zhì)層220、 包覆在多個(gè)纜芯210外的一個(gè)屏蔽層230和一個(gè)包覆在屏蔽層230外表面的 外護(hù)套240。屏蔽層230和絕緣介質(zhì)層220的間隙內(nèi)可填充絕緣材料。其中， 每個(gè)纜芯210及絕緣介質(zhì)層220、屏蔽層230和外護(hù)套240的構(gòu)成、材料及 屏蔽層230內(nèi)碳納米管繩的制備方法與第一實(shí)施例中的纜芯110、絕緣介質(zhì) 層120、屏蔽層130和外護(hù)套140的構(gòu)成、材料及屏蔽層130內(nèi)的碳納米管 繩的制備方法基本相同。
請(qǐng)參閱圖3,本發(fā)明第三實(shí)施例揭示的電磁屏蔽線纜30包括多個(gè)纜芯 310 (圖中共顯示五個(gè)纜芯)、每一纜芯310外覆蓋一個(gè)絕緣介質(zhì)層320和一 個(gè)屏蔽層330、以及包覆在多個(gè)纜芯310外表面的外護(hù)套340。屏蔽層330 的作用在于對(duì)各個(gè)纜芯310進(jìn)行單獨(dú)的屏蔽，這樣不僅可以防止外來因素對(duì) 纜芯310內(nèi)部傳輸?shù)碾娦盘?hào)造成干擾而且可以防止各纜芯310內(nèi)傳輸?shù)牟煌?電信號(hào)間相互發(fā)生干擾。其中，每個(gè)纜芯310、絕緣介質(zhì)層320、屏蔽層330 和外護(hù)套340的構(gòu)成、材料及屏蔽層330內(nèi)碳納米管繩的制備方法與第一實(shí) 施例中的纜芯110、絕緣介質(zhì)層120、屏蔽層130和外護(hù)套140的構(gòu)成、材 料及屏蔽層130內(nèi)的碳納米管繩的制備方法基本相同。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)作其它變化，當(dāng)然這些依據(jù) 本發(fā)明精神所作的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種電磁屏蔽線纜，包括至少一個(gè)纜芯、包覆在纜芯外的至少一個(gè)絕緣介質(zhì)層、至少一個(gè)電磁屏蔽層和外護(hù)套，其特征在于，電磁屏蔽層包含多個(gè)碳納米管繩。
2. 如權(quán)利要求1所述的電》茲屏蔽線纜，其特征在于，每個(gè)碳納米管繩包括多個(gè) 從碳納米管束陣列長出的碳納米管束片段，每個(gè)碳納米管束片段具有大致相等 的長度且每個(gè)碳納米管束片段由多個(gè)相互平行的碳納米管束構(gòu)成，碳納米管束 片段兩端通過范德華力相互連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的電磁屏蔽線纜，其特征在于，所述的電》茲屏蔽線纜為同 軸線纜，包括由內(nèi)至外同軸依次設(shè)置的一個(gè)纜芯、包覆纜芯外表面的一個(gè)絕緣 介質(zhì)層、包覆絕緣介質(zhì)層外表面的一個(gè)屏蔽層和包覆屏蔽層外表面的一個(gè)外護(hù) 套。
4. 如權(quán)利要求2所述的電磁屏蔽線纜，其特征在于，所述的電磁屏蔽線纜包括 多個(gè)纜芯、多個(gè)分別包覆在每一個(gè)纜芯外的絕緣介質(zhì)層、包覆絕緣介質(zhì)層的一 個(gè)屏蔽層和包覆在屏蔽層外表面的一個(gè)外護(hù)套。
5. 如權(quán)利要求2所述的電磁屏蔽線纜，其特征在于，所述的電磁屏蔽線纜包括 多個(gè)纜芯、多個(gè)分別包覆在每一個(gè)纜芯外的絕緣介質(zhì)層、多個(gè)分別包覆在每一 個(gè)絕緣介質(zhì)層外的屏蔽層和包覆在屏蔽層外的一個(gè)外護(hù)套。
6. 如權(quán)利要求3、 4或5所述的電^茲屏蔽線纜，其特征在于，所述的碳納米管繩 直接或編織成網(wǎng)狀纏繞在絕緣介質(zhì)層外。
7. 如權(quán)利要求7所述的電磁屏蔽線纜，其特征在于，所述的碳納米管繩由100 微米的碳納米管束陣列拉出，其長度為30厘米，直徑為200微米。
8. 如權(quán)利要求7所述的電磁屏蔽線纜，其特征在于，所述的絕緣介質(zhì)層的材料 為聚對(duì)苯二曱酸乙二醇酯、聚碳酸酯、丙烯腈一丁二烯丙烯一苯乙烯共聚物或 聚碳酸酯/丙烯腈_丁二烯一苯乙烯共聚物。
全文摘要
本發(fā)明涉及電磁屏蔽線纜，包括至少一個(gè)纜芯、包覆在纜芯外的至少一個(gè)絕緣介質(zhì)層、至少一個(gè)電磁屏蔽層和外護(hù)套，其中，電磁屏蔽層包含多個(gè)碳納米管繩。
文檔編號(hào)H01B11/00GK101286385SQ20071007389
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2007年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月11日
發(fā)明者亮 劉, 姜開利, 李錫福, 范守善, 陳清龍 申請(qǐng)人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司