JP2006339528A - 電波吸収体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電波吸収体において、低周波領域で、優れた電波吸収性能を得るとともに、電波吸収体の量産安定性を向上する。
【解決手段】 軟磁性体粉末および結合材から形成される電波吸収体において、軟磁性体粉末は、７０重量％以上８０重量％未満のニッケルと、２０重量％以上３０重量％未満の鉄と、１重量％以下のモリブデンとを含有する合金からなる。軟磁性体粉末は、０．３ｍ^２／ｇ以上の比表面積、および８０μｍ以上の平均粒径を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器内において、回路基板や半導体部品などの部材から発生する電磁波を減衰させるために、そのような部材の周囲に配置して使用される電波吸収体に関する。

近年、コンピュータを代表とする電子機器の高性能化に伴いＣＰＵ等の半導体素子も高性能化されており、回路基板上にはそのような半導体素子が多く使用されている。そして、半導体素子のみならず、多数の素子が回路基板上に配置される事により、電磁波の発生の状態が更に複雑化している。

従来から用いられてきた電磁波シールド材は、電磁波発生部材を有する装置の筐体内に配置されることにより、筐体外部への電磁波の漏洩を防止する事が出来る。しかしながら、そのような電磁波シールド材は、電磁波を装置の筐体内部にそのまま反射し、その反射波が他の内部素子や回路基板に悪影響を与える可能性がある。そこで、現在では、電磁波シールド材の代わりに、発生した電磁波を減衰させ、装置の外部および内部への電磁波の影響を軽減する電波吸収体の使用が望まれている。

例えば、特許文献１は、高周波領域における磁気損失性能に優れた軟磁性体粉末を含む複合磁性体を開示している。
一般に、電波吸収体は、有機材料中に軟磁性体粉末を分散させることによって形成される。従来の電波吸収体の多くは、１ＧＨｚ以上の高周波領域において、電磁波の減衰に有効な１０程度の磁性損失係数が得られるものであった。磁性損失係数とは、磁性体の透磁率μを複素表示で表した式、すなわち、透磁率μ＝μ’＋ｊμ”における虚数部μ”である。

この磁性損失係数μ”は、磁性体の電波吸収性能を表しており、磁性損失係数μ”が大きいほど、電磁波をより減衰させることができることを示す。従って、高周波帯域において高い磁性損失係数を有する電波吸収体は、高周波帯域において電波を減衰させるには有効であるが、ＶＣＣＩ（情報処理装置等電波障害自主規制協議会）規格で規定されている低周波数領域４５ＭＨｚ〜１ＧＨｚでは電磁波の減衰効果を得ることができない。

低周波数領域における電磁波吸収性能が良好な電波吸収体を得るためには、内部に充填する軟磁性体粉末は、平均粒径が同じ粉末を比べた場合には、アスペクト比（粉末粒子の長径／短径）および比表面積が大きいことが望ましい。軟磁性体粉末の比表面積が大きくなると、保磁力が低下し、磁化されても、磁化されていない状態にすぐに戻るので、電磁波を効率良く減衰させることができる。また、大きなアスペクト比を有する軟磁性体粉末粒子は、該粒子と電磁波とが接触する面積が大きくなるため、効率良く電磁波を減衰させることができる。

しかしながら、そのような軟磁性体粉末は非常に薄く扁平になるため脆くなり、結合材との混合時に破損する可能性がある。その結果、最終的に得られる電波吸収体中における軟磁性体粒子のアスペクト比が小さくなり、良好な電波吸収性能を得ることができないおそれがあった。

また、軟磁性体粉末にはパーマロイ（鉄−ニッケル合金）やセンダスト（鉄−ケイ素−アルミニウム合金）等、様々な種類のものがある。このような軟磁性体は金属化合物であるために酸化し易いといった問題を有する。そのため、製品を量産する際には、軟磁性体
の保管環境や品質保持期限に制限がある。また、製造工程において軟磁性体が酸化し易いため、良好な電波吸収体を安定して量産することが困難であった。
特開２００１-２１０５１０号公報

よって、本発明の目的は、例えば４５ＭＨｚ〜１ＧＨｚの低周波領域において高い電波吸収性能を有するとともに、量産安定性に優れた電波吸収体を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、軟磁性体粉末および結合材から形成される電波吸収体であって、前記軟磁性体粉末は、７０重量％以上８０重量％未満のニッケルと、２０重量％以上３０重量％未満の鉄と、１重量％以下のモリブデンとを含有する合金からなり、０．３ｍ^２／ｇ以上の比表面積、および８０μｍ以上の平均粒径を有することを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電波吸収体において、前記軟磁性体粉末が、３０以上のアスペクト比（長径／短径）を有することを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電波吸収体において、前記結合材は熱可塑性樹脂であり、軟磁性体粉末の充填量は、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、４００〜８００重量部であることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３にいずれか１項に記載の電波吸収体を製造する方法であって、軟磁性体粉末、結合材、および有機溶剤を含む混合組成物を調製する工程と、前記混合組成物を基材上に印刷する工程と、基材上に印刷された前記組成物から有機溶剤を揮発させる工程とを有することを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の方法において、前記揮発させる工程によって得られる電波吸収体を積層して、プレス成形する工程をさらに備えることを要旨とする。

請求項１の発明によれば、電波吸収体において、低周波領域で、優れた電波吸収性能を得ることができるとともに、電波吸収体の量産安定性を向上することができる。
請求項２の発明によれば、電波吸収体において、低周波領域で、より優れた電波吸収性能を得ることができる。

請求項３の発明によれば、電波吸収性能をさらに向上することができる。
請求項４の発明によれば、均一に軟磁性体粉末が分散できるため、均質な電波吸収体を得ることができる。また、軟磁性体粉末が平面方向に沿って配向し易くなるため電波吸収性能が向上する。

請求項５の発明によれば、優れた電波吸収性能を有する電波吸収体を容易に得ることができる。

以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
本発明の電波吸収体は、軟磁性体粉末および結合材から形成される。
前記軟磁性体粉末は、７０重量％以上８０重量％未満のニッケル（Ｎｉ）、２０重量％以上３０重量％未満の鉄（Ｆｅ）、および１重量％以下のモリブデン（Ｍｏ）を含有する
合金からなる。この軟磁性体粉末は、７０重量％以上８０重量％未満のニッケルを含有することにより、高い透磁率を有する。一般に高い透磁率を有する材料は磁性損失が高い。また、前記軟磁性体粉末は、少量のモリブデンが添加されていることによって耐食性および強度が格段に改善されている。本発明者らは、１０ｇのＮｉ−Ｆｅ軟磁性体粉末およびＮｉ−Ｆｅ−Ｍｏ軟磁性体粉末をそれぞれシャーレに載せ、８０℃８０ＲＨの高温高湿槽にて１０００時間放置した時の重量変化を測定し、酸化物形成の有無を調べた。その結果、Ｎｉ−Ｆｅ軟磁性体粉末の重量増加率は４．４％であったが、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ軟磁性体粉末の重量増加率は０．１８％と非常に低い値となった。よって、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ軟磁性体粉末は、Ｎｉ−Ｆｅ軟磁性体粉末と比較して、非常に酸化され難い、すなわち、耐食性に優れるものと考えられる。したがって、このような耐食性に優れた軟磁性体粉末の使用により、良好な電波吸収特性を有する電波吸収体をより安定して量産することが可能である。

前記軟磁性体粉末は、０．３ｍ^２／ｇ以上の比表面積を有する。この比表面積が０．３ｍ^２／ｇ以下であると、保磁力が増加し電波吸収性能が低下するため好ましくない。しかしながら、この比表面積が大きくなりすぎると、軟磁性体粉末同士の接触面積が大きくなり、電波吸収体中において電気が流れ易くなる。そのため、電波吸収体の表皮深さが小さくなり、電磁波の反射が大きくなることがある。従って、前記軟磁性体粉末は、好ましくは、０．３〜０．８ｍ^２／ｇ、より好ましくは、０．３１〜０．４１ｍ^２／ｇの比表面積を有する。

本発明に用いられる軟磁性体粉末は、８０μｍ以上の平均粒径を有する。前記軟磁性体粉末は、好ましくは、８０μｍ〜１６０μｍ、より好ましくは、８０μｍ〜１２０μｍの平均粒径を有する。

さらに、軟磁性体粉末は大きなアスペクト比（粉末粒子の長径／短径）を有することが好ましい。より詳細には、前記軟磁性体粉末は、好ましくは３０以上、より好ましくは３３以上のアスペクト比を有する。このような大きなアスペクト比を有する、つまりより扁平な形状を有する軟磁性体粉末では、電波との接触面積が大きくなるため、より長波長の電波、すなわち低周波数の電波を捕らえ易くなるものと考えられる。よって、そのような軟磁性体粉末を使用すると、低周波数領域においても優れた電波吸収性能を有する電波吸収体を得ることができる。平均粒径と共にアスペクト比が小さくなると、保磁力が急激に増加し、電波吸収性能が低下するので好ましくない。

上記のように、低周波数領域における電磁波吸収性能が良好な電波吸収体を得るためには、内部に充填する軟磁性体粉末では、比表面積およびアスペクト比の双方が大きいことが好ましい。一般に、軟磁性体粉末の粒子は扁平な形状を有しており、これを粉砕して細かくするほど、該粉末の比表面積は大きくなる。しかしながら、粉砕が進むにつれ、すなわち平均粒径が小さくなるほど、扁平な軟磁性体粉末の粒子がさらに破断されるためアスペクト比は小さくなる。したがって、軟磁性体粉末において、大きなアスペクト比を確保するためには、上記範囲の平均粒径を有する必要があるものと考えられる。

また、本発明に用いられる軟磁性体粉末は、上述したように、少量のモリブデンが添加されることによって強度が改善されているため、電波吸収体の製造時における軟磁性体粉末粒子の破損が低減され、最終的に得られる電波吸収体中においても、実質的に上記範囲の比表面積および平均粒径、並びにアスペクト比を維持できるものと考えられる。これにより、得られる電波吸収体は、１ＧＨｚ以下の広範な低周波数領域にわたって、高い電波吸収性能を有することができるとともに、そのような優れた電波吸収体を安定して量産することができる。

本発明の電波吸収体の結合材としては、熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。熱可塑性樹脂はリサイクル可能であり、また溶剤を除去する際の加熱による劣化が比較的少ない。結合材として用いることができる熱可塑性樹脂には、ビニル系（スチレン系、アクリル系）、オレフィン系（ＰＯ）、塩化ビニル系（ＰＶＣ）、ウレタン系（ＰＵ）、エステル系（ＰＥＥ）、およびアミド系（ＰＡＥ）の熱可塑性樹脂が挙げられる。それらの熱可塑性樹脂の中でも、軟磁性体粉末を高充填できることから、ビニル系熱可塑性樹脂の一種であるポリエチレン酢酸ビニルを用いることがより好ましい。

本発明の電波吸収体において、軟磁性体粉末の充填量は、結合材１００重量部に対して、４００〜８００重量部であることが好ましい。この充填量が４００重量部よりも少ないと、磁性損失係数が低下し、十分な電波吸収性能を得られないため、好ましくない。また、同充填量が８００重量部を超えると、誘電率が増加し、電磁波を反射してしまうので、好ましくない。

軟磁性体粉末の表面は、シラン系、アミン系等の界面活性剤で処理されていることが好ましい。軟磁性体粉末の表面を界面活性剤で処理することにより、軟磁性体と結合材との相溶性が向上するため、軟磁性体粉末の結合材に対する単位体積当たりの充填率を増大させることができる。これにより、得られる電波吸収体の電磁波吸収性能を向上することができる。

本発明の電波吸収体は、好ましくは、結合材、軟磁性体粉末および有機溶剤を含む混合組成物を調製し、該混合組成物を成形することによって得られる。結合材と軟磁性体粉末とを混合する際に、ロールやニーダー等、材料にせん断力が掛かる装置を用いると、軟磁性体が破損するおそれがある。従って、結合材および軟磁性体粉末の混合は、有機溶剤を用いて、低粘度のスラリー状の溶液中で行うことが望ましい。有機溶剤は結合材として使用する樹脂を溶解して、混合組成物を低粘度化することができる。よって、結合材および軟磁性体に有機溶剤を添加して混合することにより、均一に軟磁性体が分散したスラリー状の混合組成物を容易に調製することができる。

有機溶剤としては、使用する樹脂を溶解可能であり、混合組成物を成形した後に、加熱などによって容易に除去され得る揮発性の有機溶剤を使用することが好ましい。このような有機溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン等がある。また、添加する有機溶剤の添加量は、結合材１００重量部に対して、５００〜７００重量部が望ましい。有機溶剤の添加量が５００重量部未満であると、混合組成物がスラリー状にならず、軟磁性体が破損する可能性がある。一方、７００重量部以上の有機溶剤を添加すると、混合組成物の粘度が低くなり過ぎ、軟磁性体粉末が均一に分散した電波吸収体を得ることが困難となる。

前記混合組成物は、２０００〜６０００ｃＰ（２０００〜６０００ｍＰａ・ｓ）程度の粘度を有することが望ましい。前記混合組成物の６０００ｃＰ以上の粘度を有すると、混合時に軟磁性体粉末にせん断力が掛かって破損してしまうため、好ましくない。前記混合組成物の粘度が２０００ｃＰ以下となると、成形後に結合材と軟磁性体粉末とが分離して、軟磁性体粉末が沈降する。そのため、得られた電波吸収体において電磁波吸収性能のばらつきが生じるため好ましくない。なお本発明において、粘度は、ＢＲＯＯＫＦＩＥＬＤ製回転粘度計（型式：ＨＢＤＶＥ１１５、回転数２０ｒｐｍ）による測定値を示す。

前記成形は、印刷によって行われることが望ましい。例えば、厚さ１００〜２００μｍのメタル印刷版に、前記混合組成物を塗布することにより、該混合組成物を薄膜状に成形することができる。これにより、混合組成物中の軟磁性体粒子の長軸が、前記薄膜の表面に対して平行に配向し易くなるため、電波吸収性能が向上する。また、この方法によれば、前記混合組成物を１００〜２００μｍの厚さに薄く塗布することで、有機溶剤が揮発し
易く、乾燥時間等を短縮できるため、量産性を向上することができる。さらに、このように印刷によって得られた薄膜状の電波吸収体を複数枚積層して、プレス成形することにより、任意の厚さを有する電波吸収シートを形成することが可能である。

（実施例１〜４）
結合材としてエチレン酢酸ビニルと、軟磁性体粉末として、表１に示した軟磁性体粉末Ａ〜Ｃのいずれかと、有機溶剤としてトルエンとを、表２に示した配合量で混合した混合組成物を調製した。各混合組成物を、スキージおよび印刷版を用いてＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム上に塗布した後、常温で３０分間乾燥し、有機溶剤を揮発させて、薄膜を形成した。その後、ＰＥＴフィルム上から剥がした前記薄膜を５枚積層して、１５０℃でプレス成形し、厚さ０．５ｍｍの電波吸収体を得た。

（比較例１〜３）
結合材としてエチレン酢酸ビニルと、軟磁性体粉末として、表１に示した軟磁性体粉末Ａ、ＤおよびＥのいずれかと、有機溶剤としてトルエンとを、表２に示した配合量で混合した混合組成物を調製した。各混合組成物を、実施例１〜４と同様の方法で成形することによって、厚さ０．５ｍｍの電波吸収体を得た。

実施例１〜４、および比較例１〜３で得られた電波吸収体の電磁波吸収性能示す指標として、透磁率および磁性損失係数をベクトルネットワークアナライザ「８５１０Ｃ」および測定治具「８５０５０Ｄ、７ｍｍエコノミー機械式校正キット」（米国アジレント・テクノロジー・インコーポレイテッド（Agilent Technologies, Inc.）製）を用いて同軸管法によって測定した。図１に磁性損失係数μ”を示す。

図１を参照すると、実施例１〜４の電波吸収体では、４５ＭＨｚ〜１ＧＨｚの周波数帯
域において磁性損失係数μ”が１０を超えており、広範な低周波数帯域にわたって高い電波吸収性能を示している。これに対して、平均粒径が４０μｍの軟磁性体粉末を用いた比較例１の電波吸収体では、上記周波数帯域において磁性損失係数μ”が２以下となり、電波吸収性能が見られなかった。また、ニッケル−鉄のみからなる平均粒径８０μｍの軟磁性体粉末を用いた比較例２では、１０以上の磁性損失係数を示す周波数帯域は１００〜５００ＭＨｚの範囲のみとなり、４５ＭＨｚ〜１ＧＨｚの広い周波数帯域にわたって良好な電波吸収性能を得ることができなかった。これは、電波吸収体の製造時に軟磁性体粉末が破損し、アスペクト比が小さくなったため、磁性損失係数が小さくなったもの考えられる。さらに、比較例３の電波吸収体では、軟磁性体粉末の充填量が少なく、十分な電波吸収性能を得られなかった。

本発明の実施例および比較例で得られた電波吸収体の磁性損失係数μ”の値を示す図。

Claims (5)

1. 軟磁性体粉末および結合材から形成される電波吸収体であって、
   前記軟磁性体粉末は、７０重量％以上８０重量％未満のニッケルと、２０重量％以上３０重量％未満の鉄と、１重量％以下のモリブデンとを含有する合金からなり、０．３ｍ^２／ｇ以上の比表面積、および８０μｍ以上の平均粒径を有することを特徴とする電波吸収体。
2. 請求項１に記載の電波吸収体において、前記軟磁性体粉末が、３０以上のアスペクト比（長径／短径）を有することを特徴とする電波吸収体。
3. 請求項１または２に記載の電波吸収体において、前記結合材は熱可塑性樹脂であり、軟磁性体粉末の充填量は、前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して、４００〜８００重量部であることを特徴とする電波吸収体。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電波吸収体を製造する方法であって、
   軟磁性体粉末、結合材、および有機溶剤を含む混合組成物を調製する工程と、
   前記混合組成物を基材上に印刷する工程と、
   基材上に印刷された前記組成物から有機溶剤を揮発させる工程とを有する方法。
5. 請求項４に記載の方法において、
   前記揮発させる工程によって得られる電波吸収体を積層して、プレス成形する工程をさらに備える方法。

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