JP2001053487A

JP2001053487A - 電波吸収体

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Publication number: JP2001053487A
Application number: JP11230373A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Okayama; 克巳岡山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-08-17
Filing date: 1999-08-17
Publication date: 2001-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】電波吸収材料である磁性体粒子の飽和磁化を
高くして高周波数帯域において高い透磁率を実現し電波
吸収能力を高めた電波吸収体を提供する。【解決手段】磁性体粒子と結合材料との混合体からな
る電波吸収体において、前記磁性体粒子として窒化鉄を
用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電波吸収体に関す
る。より詳しくは、磁性体粒子と結合材料との混合体か
らなる電波吸収体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器あるいは通信機器等において、
ＩＣ等からの不要輻射を抑えたり、外乱となる外部から
の電波や内部から漏洩する電波等を吸収してノイズや電
波障害を防止し安定した機能を図るためのＥＭＩ（Elec
tromagnetic Interference）対策として電波吸収体が用
いられている。

【０００３】このような電波吸収体は、磁性体粉末粒子
とこれを分散して結合する有機結合材等の媒体との混合
体からなり、この混合体により電子部品等の電磁波を放
射する部分を覆って電磁干渉の防止を図る。このような
電波吸収体の電波吸収材料を構成する磁性体粒子として
は、従来、飽和磁化０．３〜１．０Ｔ程度のＭｎＺｎフ
ェライトやＮｉＺｎフェライト、あるいはＦｅＳｉ又は
ＦｅＳｉＡｌ系の扁平金属軟磁性粒子が用いられてい
た。

【０００４】このような電波吸収材料として用いられて
いるスピネル型フェライトや六方晶フェライトあるいは
金属扁平粒子等は、いずれも軟磁性体であり、磁気損失
によるエネルギー吸収を利用してＥＭＩ対策のノイズ抑
制体や、テレビ等の通信機器のゴースト対策のための電
磁波吸収体を構成している。

【０００５】このような用途における磁性体の飽和磁化
の値は、スピネル型フェライトでは０．３〜０．５Ｔ、
金属磁性体では１Ｔ程度であった。飽和磁化が高いほ
ど、回転磁化の共鳴が高い周波数で起こるため、高透磁
率、高周波数の電波吸収体が得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電波吸収体では、飽和磁化が１Ｔ程度あるいはそれ以下
であり、２Ｔを越えるような高い飽和磁化をもつ電波吸
収体は開発されていない。したがって、ＧＨｚ帯域等の
高周波数では高い透磁率が得られず、吸収能力を高めよ
うとすれば吸収体の厚さを厚くしなければならず薄型で
コンパクトな電波吸収体構造が得られなかった。

【０００７】本発明は上記従来技術を考慮したものであ
って、電波吸収材料である磁性体粒子の飽和磁化を高く
して高周波数帯域において高い透磁率を実現し電波吸収
能力を高めた電波吸収体の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、磁性体粒子と結合材料との混合体から
なる電波吸収体において、前記磁性体粒子は窒化鉄を含
むことを特徴とする電波吸収体を提供する。

【０００９】この構成によれば、磁性体中最も高い飽和
磁化を有する窒化鉄（Ｆｅ₁₆Ｎ₂）を用いることによ
り、高周波数での高い透磁率が得られ、１０ＧＨｚ程度
までの高い周波数帯域での良好な電波吸収作用が達成さ
れる。なお、結合材料は、磁性体粒子を分散させるとと
もに結合して保持するための各種媒体である。

【００１０】好ましい構成例では、前記結合材料は、樹
脂材料からなることを特徴としている。

【００１１】この構成によれば、樹脂材料の選定や混合
割合の調整等により容易に磁性体粒子を均一に分散させ
各種の形状や状態の混合体を形成することができ、電波
吸収体としての使用性が高められる。

【００１２】さらに好ましい構成例では、前記混合体
は、ペースト状、シート状またはフィルム状に形成され
たことを特徴としている。

【００１３】この構成によれば、ペースト状の混合体を
ＩＣ等に塗布したり、シート状またはフィルム状の混合
体でＩＣや回路パターン等を覆うことにより、各種形状
や大きさの電子部品等の対象物に対し適用可能になる。

【００１４】前記目的を達成する本発明の原理について
以下に説明する。一般に磁性体に高周波磁界を印加する
と、磁壁の移動あるいは回転磁化といった磁化機構によ
り、磁性体が磁化される。このとき、磁化されやすさを
示す透磁率μは次の式（１）で表わされる。

【００１５】

【数１】

【００１６】ここで、μ’は透磁率の実部であり、外部
磁界に追従できる成分を表わす。一方、μ”は透磁率の
虚部であり、外部磁界に追従できず、位相が９０度遅れ
た成分を表わし、透磁率の損失項と呼ばれている。

【００１７】磁性体において電波エネルギーの吸収は次
の式（２）によって表わされる。

【００１８】

【数２】

【００１９】ただし、Ｐ；電波吸収エネルギー、ω；角
周波数、μ₀；真空の透磁率、Ｈ；磁界強度である。

【００２０】式（２）において、吸収エネルギーＰが最
も大きくなるときは、透磁率の損失項であるμ”が最大
になるときである。

【００２１】透磁率の実部と虚部との間には密接な関係
があり、透磁率の実部が大きい材料ほど虚部も大きくな
る。磁性材料に高周波磁界を印加して磁化する場合、透
磁率は自由に大きな値を取ることはできず、高周波数に
なると透磁率が低下することが知られている。これは、
フェライトにおいては、スネークの限界と呼ばれる以下
の式（３）で示される透磁率の限界法則のためである。

【００２２】

【数３】

【００２３】ただし、ｆｒ；共鳴周波数、μ’；透磁率
の実部、γ；ジャイロ磁気定数、μ₀ ；真空の透磁率、
Ｉｓ；飽和磁化である。

【００２４】また、面内磁気異方性を有する磁性体（例
えば六方晶系のＹおよびＺ型フェライト）に対しては、
透磁率の限界は以下の式（４）で表わされる。

【００２５】

【数４】

【００２６】ただし、Ｈ_A1；面内での異方性、Ｈ_A2；面
内からＣ軸方向（面直方向）への異方性である。

【００２７】式（３）および（４）から分るように、透
磁率には限界則があり、高い周波数では透磁率が低下し
て吸収特性を示さなくなる。この様子を図１に示す。

【００２８】図１は、フェライトにおけるスネークの限
界を示す。図示したように、フェライトｉ〜ｉｉｉのい
ずれにおいても、透磁率特性曲線はスネークの限界ライ
ンより右側（高周波数側）には表われず、フェライトの
透磁率はこの限界ラインを越えることはない。

【００２９】しかしながら、式（３）および（４）の右
辺に着目すると、飽和磁化Ｉｓが高いと、ｆｒ（μ’−
１）の項が大きくなることが分る。これは、図１に示し
た限界ラインが高周波側（右側）に移行することを示
す。つまり、より高い周波数で高い透磁率を示すことに
なる。

【００３０】図２は、フェライトおよび窒化鉄の使用限
界を比較した図である。この図は、上記式（３）におい
て、フェライトの飽和磁化を０．３Ｔとし、窒化鉄の飽
和磁化を２．８Ｔとして計算して図示したものである。
このように、飽和磁化を高くすることにより、高周波数
まで使用でき、しかも高い磁気損失が得られ吸収エネル
ギーが大きくなる。

【００３１】本発明は、この点に着目して、現在知られ
ている磁性体の中で最も高い飽和磁化２．８Ｔを有する
窒化鉄（Ｆｅ₁₆Ｎ₂ 化合物）を電波吸収体の磁性体粒子
として用いたものである。

【００３２】

【発明の実施の形態】まず、Ｆｅ₁₆Ｎ₂ の作製方法およ
びその基礎的性質について説明する。Ｆｅ₁₆Ｎ₂ は、薄
膜プロセスにより作製される。この薄膜プロセスは、真
空蒸着、スパッタ、ＣＶＤ（Chemical Vapor Depositio
n：化学気相成長）、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitax
y：分子線エピタキシャル成長）等の方法である。この
場合、マスクを用いて、扁平あるいは円盤状の微粒子を
得ることができる。ここで、扁平状の微粒子では、前述
の式（３）が適用できる。また円盤状の微粒子では、面
内異方性が実現できるため、前述の式（４）が適用でき
る。円盤状の場合、アスペクト比（直径を厚さで除した
値）は、マスクおよび成膜条件を変えることにより、５
〜１００程度の間で任意に制御できる。なお、磁性体の
厚さは、金属軟磁性体であることから表皮深さ以下が望
ましい。図３はこのような方法で作製したＦｅ₁₆Ｎ₂ の
円盤状粒子の概略図である。

【００３３】Ｆｅ₁₆Ｎ₂ は、飽和磁化２．８Ｔを有し、
現在知られている磁性体の中で最も飽和磁化の高い化合
物である。したがって、前述の式（３）あるいは式
（４）のどちらに従うとしても、最も高い透磁率および
周波数特性が得られると考えられる。また、μ”の値と
しても、同じ周波数で比較すると、フェライト（飽和磁
化約０．３Ｔ）の５〜１０倍程度の高い値が得られ、電
波吸収量が増加するものと考えられる。

【００３４】次に、Ｆｅ₁₆Ｎ₂ 樹脂複合体の作製方法に
ついて説明する。前述の薄膜プロセスで作製した扁平あ
るいは円盤状のＦｅ₁₆Ｎ₂ 微粒子を、エポキシ樹脂ある
いはフェノール樹脂等を結合媒体として重量比５０〜９
０ｗｔ％で混合し、ペースト状とする。また、結合媒体
としてクロロプレンゴムやシリコンゴム等を用いてもよ
い。このとき、カップリング剤を用いることにより、充
填率を増加させ、粒子の凝集が防止されるため均一な分
散状態が得られる。

【００３５】ＩＣモジュールにするときは、基板にマス
クを用いてスクリーン印刷をし、１００〜３００℃程度
（樹脂により異なる）でキュアすることによって所望の
複合体（混合体）となる。

【００３６】また、電波吸収部品とするときには、粉末
状のエポキシ樹脂等と重量比５０〜９０ｗｔ％で混合し
て、少量のバインダー、例えば公知のポリビニルアルコ
ール等を添加して粉末試料を得る。これを所定の形状に
圧粉成形後１００〜３００℃程度（樹脂により異なる）
でキュアすることによって所望の部品を得ることができ
る。なお、窒化鉄の充填率が増加するにつれて透磁率も
増加する。

【００３７】塗料タイプの電波吸収体とするときには、
媒体中にカップリング剤を用いて均一に分散させる。媒
体としては、公知の有機溶媒を用いる。この電波吸収体
は、複雑な形状の部位例えば筐体の裏面に薄く均一に塗
布することが可能であり、磁気損失が大きいため、高周
波磁界を容易に減衰させてＥＭＩ抑制に優れた効果を示
す。

【００３８】図４は、本発明の実施の形態に係る電波吸
収体の使用例の図である。図４（Ａ）は、基板１上に実
装したＩＣ部品２の上面にシート状の電波吸収体４を貼
付したものである。この場合の電波吸収体４は、本発明
のＦｅ₁₆Ｎ₂ 粒子と前記樹脂等の結合媒体との混合体を
シート状に形成して、これをＩＣ部品形状に合わせて切
断して貼付するものである。

【００３９】図４（Ｂ）は、ペースト状の電波吸収体４
により、基板１上に実装したＩＣ部品２をそのリード端
子３を含めて覆ったものである。図４（Ｃ）は、ＩＣ部
品２より十分大きい形状のブロック状の電波吸収体４に
より、ＩＣ部品２全体を被せるように覆ったものであ
る。図４（Ｄ）は、電子部品（図示しない）を収容する
筐体５のケーブル６の貫通部に電波吸収体４を装着した
ものである。この場合、形状保持性の高いセラミクスを
磁性体粒子の結合媒体として用いてもよい。

【００４０】その他の実施形態として、フィルム状（又
はペースト状）の電波吸収体を形成して基板の配線パタ
ーンを覆うように貼付（又は塗布）してもよい。また、
多層プリント板の各層を接合する接着材として、電波吸
収体を用いてもよい。この場合、粘着性のある樹脂を結
合媒体としてこれにＦｅ₁₆Ｎ₂ 粒子を混合して電波吸収
体を形成する。

【００４１】さらに、建物等の外壁に電波吸収体を設け
その外面に金属反射板を設けて、内部からの不要輻射電
波を効果的に吸収させてもよい。この場合、吸収すべき
電波の周波数に合わせて電波吸収体の厚さ等を設定する
ことにより、インピーダンス整合型電波吸収体を構成す
ることもできる。これにより、通信施設等の建物の電波
障害を効果的に防止することができる。

【００４２】図５は、本発明の電波吸収体を構成する窒
化鉄の透磁率μの周波数依存性を示す図である。前述の
ように透磁率μは実部μ’と虚部μ”の組合せからな
り、μ＝μ’−ｊμ”で表わされる。図５の例は、エポ
キシ樹脂との複合体であり、充填率は９０ｗｔ％であ
る。図では、共鳴周波数ｆｒが約５ＧＨｚであるが、こ
の共鳴周波数ｆｒは、樹脂の組成や熱処理条件あるいは
Ｆｅ₁₆Ｎ₂ 粒子の形状やアスペクト比等を変えることに
より、数百ＭＨｚから１０ＧＨｚ近傍まで自由に調整可
能である。比較のために、現在スネークの限界を越える
高周波数特性をもつプレナ型フェライトの共鳴周波数を
示すと、Ｃｏ₃Ｂａ₂Ｆｅ₂Ｏ₄₁組成のＣｏ₂−Ｚ型フェラ
イトでは共鳴周波数は３．７ＧＨｚであり、Ｍｇ₂Ｂａ₂
Ｆｅ₁₂Ｏ₂₄組成のＭｇ₂−Ｙ型フェライトでは共鳴周波
数は２．０ＧＨｚである。磁性体粒子として窒化鉄を用
いた場合にはこれらを上回る共鳴周波数を得ることが可
能である。

【００４３】図６及び図７は、ＩＣのパッケージ材とし
て窒化鉄−樹脂複合体（充填率９０ｗｔ％）を用いたと
きのＥＭＩ抑制効果を示すグラフである。図６は、本発
明の電波吸収体の装着前後で、ＩＣからの放射ノイズを
ループアンテナとスペクトルアナライザを用いて測定
し、その結果を、電波吸収体の装着前後で比較したもの
である。また、図７は、電波吸収体装着前のレベルから
装着後のレベルを差引いて、正味の電波吸収量を求めた
ものである。

【００４４】図６から分るように、電波吸収体を装着す
ることにより、放射ノイズが減少する。この場合、５Ｇ
Ｈｚに共鳴周波数をもつ窒化鉄を用いた場合、図７に示
すように、この周波数帯域を中心に５〜１０ｄＢの減衰
量を得ることができる。減衰した電磁波のエネルギー
は、電波吸収体中で前述の式（２）にしたがって熱エネ
ルギーに変換される。

【００４５】なお、本発明の磁性体粒子は全てを窒化鉄
としてもよいし、あるいは窒化鉄と他の磁性体との混合
体であってもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、現在
知られている磁性体中最も高い飽和磁化を有する窒化鉄
（Ｆｅ₁₆Ｎ₂）を電波吸収材料の磁性体粒子として用い
ることにより、高周波数での高い透磁率が得られ、１０
ＧＨｚ程度までの高い周波数帯域での良好な電波吸収作
用が達成される。この結果、高周波帯域を含む広い周波
数帯域で電子機器からのＥＭＩを抑制し、機器の誤動作
を防止することが容易にできるようになり、小型で薄型
の電波吸収体を実現することができる。この場合、電波
吸収体の形状をシート状やペースト状あるいはフィルム
状とすることにより、通常の電子機器に要求されるＥＭ
Ｉ対策が必要とされる部位のほとんどをカバーすること
ができる。

【００４７】また、磁性体粒子の構成原料がＦｅとＮで
あるため、材料コストの低減が可能になる。また、電波
吸収量を従来と同じとすれば、電波吸収体の使用量の削
減が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フェライトの透磁率の限界を示す図。

【図２】飽和磁化と透磁率の限界の関係を説明するた
めの図。

【図３】磁性体粒子の形状説明図。

【図４】本発明の実施の形態の説明図。

【図５】窒化鉄を用いた電波吸収体の透磁率特性のグ
ラフ。

【図６】本発明の電波吸収体のノイズ低減効果を示す
グラフ。

【図７】図６のグラフのノイズ吸収量を示すグラフ。

【符号の説明】

１：基板、２：ＩＣ部品、３：リード端子、４：電波吸
収体、５：筐体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁性体粒子と結合材料との混合体からなる
電波吸収体において、前記磁性体粒子は窒化鉄を含むことを特徴とする電波吸
収体。
【請求項２】前記結合材料は、樹脂材料からなることを
特徴とする請求項１に記載の電波吸収体。
【請求項３】前記混合体は、ペースト状、シート状また
はフィルム状に形成されたことを特徴とする請求項１に
記載の電波吸収体。