JP2011249628A - 電磁干渉抑制体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い表面抵抗値と高い透磁率を同時に有する電磁干渉抑制体の製造方法を提供すること。
【解決手段】 Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金からなる扁平状の軟磁性粉末１１を熱処理した後、有機結合剤１３中に分散して混合する工程を有し、前記熱処理は不活性気体に酸素を混合した混合気体中に前記軟磁性粉末１１を配置して行われる熱処理であって、前記不活性気体中に前記軟磁性粉末１１を配置して前記熱処理と同一の温度および同一の時間の熱処理を行ったときに得られる前記軟磁性粉末１１の磁化の大きさをＭｓとするとき、前記混合気体中に前記軟磁性粉末１１を配置して行われる熱処理によって得られる前記軟磁性粉末１１の磁化の大きさがＭｓ＋ΔＭｓ、但しΔＭｓ＝０．１〜１０ｅｍｕ／ｇとなるように前記混合気体の酸素分圧の値が設定される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器において発生する不要電磁波の外部への漏洩や内部回路での干渉、または外部からの電磁波による誤動作などを防止するために電子機器内に装着するシート状のノイズ抑制部品である電磁干渉抑制体の製造方法に関する。

通信機器や各種電子機器から意図せずに電磁波を外部に放射したりノイズ信号を外部に送出してしまうことや、外部からの電磁波や機器内部での電磁干渉により機器自身が誤動作などを起こしたりする問題、すなわち、ＥＭＩやイミュニティに関する問題に対しては、最近の信号処理技術、ディジタル技術の進化に伴い、ますます高周波帯域での対応が必要となっている。また、通信機器、電子機器の軽量化、薄型化及び小型化が急速に進んだ結果、回路への電子部品への実装密度が飛躍的に高くなってきており、部品間や回路基板間の電磁干渉に起因する電磁障害が発生する可能性が極めて高くなっている。

上記のような不要電磁波の発生や漏洩、相互干渉による誤動作の対策として、シールド材により電磁波を遮蔽、吸収したり、ノイズ伝送線路にチョークコイルやフィルタを挿入したりする方法が用いられている。上記のシールド材としては、磁石などの磁場発生源が他の電気回路等に影響を与えないようにするため実部透磁率μ’の高い磁性材料を用いた磁気シールド材が用いられる。

また、この対策の一つとして、特許文献１で示されているように、有機結合材中に軟磁性粉末を分散させたシート状の複合磁性体を電磁干渉抑制体として、電子部品や回路の近傍に配置する方法が提案され、実用化されている。この複合磁性体は、透磁率の損失項である磁気共鳴に起因する項、すなわち、虚部透磁率μ”を利用している。このため、ノイズ抑制効果に優れ、また、加工性に優れ、広汎な用途に適合し、極めて実装性が高いという特長がある。

電磁干渉抑制体を電子機器内部で使用する場合、電子機器を構成する基板や他の回路素子と接触するような実装形態も有り得るため、このような用途には電磁干渉抑制体の表面の絶縁性が必要となる。このための方策として、特許文献２では電磁干渉抑制体の表面にポリマーなどで構成される絶縁層を積層させる方法が示されており、特許文献３では軟磁性粉末の表面を酸化させる方法が示されている。

特開平７−２１２０７９号公報 特開２００４−３９７０３号公報 特開平９−３５９２７号公報

電磁干渉抑制体の磁気的特性、すなわち透磁率を向上させるには、有機結合剤中に軟磁性粉末を高密度で充填しなければならない。しかしながら、軟磁性粉末を充填すればするほど電磁干渉抑制体の表面抵抗値が減少してしまう傾向があり、その結果、絶縁性を維持できないことから電磁干渉抑制体の使用用途が限定され、実装性が低下してしまうという問題があった。また、特許文献２のように絶縁層を付加した場合も電磁干渉抑制体の厚みが増してしまい、使用用途が限定され実装性が低下してしまうという問題があった。

特許文献３の方法ではこの問題を解決するため軟磁性粉末を酸化させ、軟磁性粉末の表面に酸化膜を形成することで表面抵抗値を改善し、電磁干渉抑制体を非良導体として用いること、すなわち電磁干渉抑制体の表面の絶縁性を得ることを可能としている。しかしながら従来の製造方法では、軟磁性粉末の表面に酸化膜を形成することによって透磁率を発現する軟磁性体の部分が大きく減少してしまうため、透磁率の減少が発生し、電磁干渉抑制機能の低下が生じてしまうという問題があった。

本発明は、上述した従来の問題点を解決すべくなされたものであり、本発明の課題は、高い表面抵抗値と高い透磁率を同時に有する電磁干渉抑制体の製造方法を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明による電磁干渉抑制体の製造方法は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金からなる扁平状の軟磁性粉末を熱処理した後、有機結合剤中に分散して混合する工程を有する電磁干渉抑制体の製造方法において、前記熱処理は不活性気体に酸素を混合した混合気体中に前記軟磁性粉末を配置して行われる熱処理であって、前記不活性気体中に前記軟磁性粉末を配置して前記熱処理と同一の温度および同一の時間の熱処理を行ったときに得られる前記軟磁性粉末の磁化の大きさをＭｓとするとき、前記混合気体中に前記軟磁性粉末を配置して行われる熱処理によって得られる前記軟磁性粉末の磁化の大きさがＭｓ＋ΔＭｓ、但しΔＭｓ＝０．１〜１０ｅｍｕ／ｇとなるように前記混合気体の酸素分圧の値が設定されることを特徴とする。

また、この場合、前記軟磁性粉末を前記不活性気体中に配置して前記熱処理と同一の温度および同一の時間の熱処理を行って得られる前記軟磁性粉末を前記有機結合剤中に分散して混合することによって作製される電磁干渉抑制体の透磁率の共振周波数をｆｒとするとき、前記軟磁性粉末を前記混合気体中に配置して行われる前記熱処理によって得られる前記軟磁性粉末を前記有機結合剤中に分散して混合することによって作製される電磁干渉抑制体の透磁率の共振周波数がｆｒ＋Δｆｒ、但しΔｆｒ＝０．０１ｆｒ〜０．２０ｆｒとなるように前記混合気体の酸素分圧の値を設定してもよい。

本発明は、発明者等が、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金からなる金属軟磁性材料より作製した扁平状の軟磁性粉末を結合剤中に分散させて得られる電磁干渉抑制体の製造方法において、軟磁性粉末の表面に特定の条件で酸化膜を形成することにより、軟磁性粉末を結合剤中に高充填させたときでも高い透磁率特性を維持したまま高い表面抵抗値が得られることを見出し、さらに、その特定の条件における軟磁性粉末表面への酸化膜形成時の酸素分圧量を、軟磁性粉末の磁化の大きさと、その軟磁性粉末により作製した電磁干渉抑制体の透磁率の共振周波数により規定できることを見出したことに基づくものである。

本発明によれば、上記の条件に合致する酸素分圧の混合気体による熱処理によってＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金からなる扁平状の軟磁性粉末を熱処理し、その軟磁性粉末を有機結合剤中に分散して混合する工程を有することによって、高い表面抵抗値と高い透磁率を同時に有する電磁干渉抑制体の製造方法が得られる。

本発明の酸化膜を有する軟磁性粉末を用いた電磁干渉抑制体の断面構造を模式的に示す図。 本発明の実施例および比較例１、２の電磁干渉抑制体の作製に用いた軟磁性粉末の磁化の測定結果を示す図。 本発明の実施例および比較例１、２により作製した電磁干渉抑制体の表面抵抗値の測定結果を示す図。 本発明の実施例および比較例１、２により作製した電磁干渉抑制体の透磁率特性の測定結果を示す図。 本発明の透磁率特性の測定結果から得られた透磁率の共振周波数を示す図。 本発明の実施例および比較例１、２により作製した電磁干渉抑制体の伝送損失Ｓ２１の測定結果を示す図。

本発明による電磁干渉抑制体の製造方法の一実施の形態および具体的実施例について以下に図面を参照して詳細に説明する。本発明に用いることのできる軟磁性粉末はＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金からなる扁平状の粒子であり、通常用いられる一般的な方法により作製される。例えばアトマイズ法などの方法によりＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金の粒子粉末を作製後、攪拌ミルなどによる延伸、粉砕加工により得ることができる。次にその軟磁性粉末を不活性気体に酸素を混合した混合気体中に配置して熱処理を行う。この場合の熱処理温度および時間は従来の一般的な製造方法における温度および時間と同程度であり、熱処理を行う軟磁性粉末の量にも依存する。例えば熱処理温度は３００〜１０００℃程度、処理時間は１０分〜数時間程度の範囲で選択される。但し、本実施の形態の製造方法においては、熱処理を行う雰囲気である混合気体の酸素分圧が以下のように制御される。

先ず、本実施の形態においては、予備評価として、軟磁性粉末を酸素を混合しない不活性気体のみの雰囲気に置いて従来と同様な熱処理温度、時間で熱処理を行い、その後、その熱処理後の軟磁性粉末の磁化の大きさを測定する。そして同じ不活性気体に酸素を混合した混合気体を雰囲気として上記と同じ量の軟磁性粉末を同じ温度、同じ時間で熱処理を行い、熱処理後の軟磁性粉末の磁化の大きさを測定する。上記の不活性気体雰囲気での熱処理による磁化の大きさＭｓと上記の混合気体雰囲気での熱処理による磁化の大きさＭｓ’を比較する。上記の予備評価によって、Ｍｓ’−Ｍｓの値が０．１〜１０ｅｍｕ／ｇとなるような酸素の混合量、すなわち酸素分圧を把握し、その条件を満たす酸素分圧を用いて製造における熱処理を行う。

次に、上記の熱処理により作製された軟磁性粉末を有機結合剤中に分散して混合する。この有機結合剤としては、電子機器を構成する基板や他の回路素子と接触するような実装形態も考慮し、優れた絶縁性を得ることができるエラストマーや樹脂が好適である。より具体的には、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ニトリル−ブタジエン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム、アクリル系ゴム、シリコーンゴム等の熱可塑性樹脂あるいはそれらの共重合体、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂及びイミド系樹脂などの熱硬化性樹脂等が挙げられる。この軟磁性粉末と有機結合剤との混合物を用い、従来と同様な、乾燥、熱処理などの処理、およびシート状の成形、打抜き加工などの工程を行うことによって電磁干渉抑制体が完成する。

また、上記の混合気体の酸素分圧のさらなる詳細な条件設定として以下の条件を満たすようにしてもよい。先ず、上記の予備評価において不活性気体雰囲気での熱処理により作製された軟磁性粉末を用いて上記の工程により電磁干渉抑制体を作製しその電磁干渉抑制体の透磁率の共振周波数ｆｒを測定する。そして上記の予備評価において混合気体雰囲気での熱処理により作製された軟磁性粉末を用いて同様な工程により電磁干渉抑制体を作製しその電磁干渉抑制体の透磁率の共振周波数ｆｒ’を測定する。この評価によって、ｆｒ’−ｆｒの値がｆｒの１〜２０％となるような酸素分圧を把握し、その酸素分圧を用いて製造における熱処理を行う。

以上の本発明の製造方法により、熱処理後に得られる軟磁性粉末の表面の酸化膜は、透磁率を発現する軟磁性体の部分の減少を少なくして透磁率の減少を小さくする厚さであり、かつ、電磁干渉抑制体の表面の絶縁性を得るのに十分な厚さとなり、この軟磁性粉末を用いて作製される電磁干渉抑制体は、高い表面抵抗値と高い透磁率を同時に有する電磁干渉抑制体となる。図１は酸化膜を有する軟磁性粉末を用いた電磁干渉抑制体の断面構造を模式的に示す図である。その表面に酸化膜１２が形成された扁平状のＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ軟磁性粉末１１が有機結合剤１３中に分散して存在している。

なお、上記の不活性気体中での熱処理と混合気体中での熱処理での軟磁性粉末の磁化の大きさの違い、および、それらの軟磁性粉末を用いて作製した電磁干渉抑制体の共振周波数の違いは、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金の組成や、軟磁性粉末と有機結合剤の配合比率に関わらず一定である。

次に、本発明の電磁干渉抑制体の製造方法の具体的な実施例について説明する。本実施例では軟磁性粉末として、粒子の直径Ｄと厚さｔのアスペクト比（Ｄ／ｔ）が２０で、Ｓｉ９．８％−Ａｌ６．０％−Ｆｅ組成のＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末を使用し、有機結合剤には粉末充填性に優れるエラストマーであるアクリルゴムを使用して、厚さ０．３ｍｍの電磁干渉抑制体を作製した。また、軟磁性粉末と有機結合剤の配合質量比率を８８：１２とした。

軟磁性粉末を熱処理する際、酸素分圧を制御した雰囲気下での熱処理を行った。すなわち、不活性気体として窒素を用い、その窒素中に酸素を体積比率で１％混合した雰囲気化での熱処理を行った。さらに、本発明の効果を確認するため、比較例１として、同じ軟磁性粉末を窒素中に酸素を体積比率で２０％混合した雰囲気下で同一の温度、時間で熱処理したものも用いて同様な工程で電磁干渉抑制体を作製した。また、比較例２として、同じ軟磁性粉末を窒素のみで酸素を混合しない雰囲気下で同一の温度、時間で熱処理したものも用いて同様な工程で電磁干渉抑制体を作製した。

まず、実施例および比較例１、２それぞれの電磁干渉抑制体の作製に用いた軟磁性粉末の磁化の測定を、ＶＳＭを用いて行った。その測定結果を図２に示す。横軸は酸素分圧の体積比率を示す。比較例２のように酸素を混合しない雰囲気での熱処理による軟磁性粉末に対し、実施例、比較例１のように酸素を混合した雰囲気での熱処理による軟磁性粉末は磁化の大きさが増加する傾向にある。実施例では比較例２と比べて磁化の増加量が１０ｅｍｕ／ｇ以内となっているが、比較例１では比較例２と比べて磁化の増加量は２０ｅｍｕ／ｇとなっている。

次に、作製した電磁干渉抑制体の表面抵抗値の測定を低電圧印加法にて行った。その測定結果を図３に示す。酸素を混合しない雰囲気での熱処理による軟磁性粉末を用いた比較例２では、結合剤に絶縁性エラストマーであるアクリルゴムを用いたのにも関わらず、軟磁性粉末の表面に酸化膜を有しないため、表面抵抗値が非常に低い値になっている。それに対し、表面に酸化膜を有している軟磁性粉末を充填させて電磁干渉抑制体を得た実施例および比較例１では、酸素分圧の増加に伴い表面抵抗値の大幅な向上が見られる。

次に、作製した電磁干渉抑制体の透磁率特性の測定を、インピーダンスマテリアルアナライザを用いて行った。その測定結果を図４に示す。酸素を混合しない雰囲気での熱処理による軟磁性粉末を用いた比較例２の１ＭＨｚでの実部透磁率μ’は２２０であるのに比べ、実施例ではμ’は２０５と７％程度の減少に抑えられている。これに対し、比較例１ではμ’は６４と７１％も減少している。

また、透磁率特性の測定結果から得られた透磁率の共振周波数ｆｒを図５に示す。酸素を混合しない雰囲気での熱処理による軟磁性粉末を用いた比較例２のｆｒが２．０ＭＨｚであるのに比べ、実施例ではｆｒが２．２ＭＨｚとなり比較例２に比べて変化率が１０％以内に収まっているのに対し、比較例１ではｆｒが３．５ＭＨｚとなり比較例２に比べた変化率は７５％を超え大きく上昇している。

以上のように、本実施例の製造方法により作製された電磁干渉抑制体は比較例２に比べて表面抵抗値が十分に高く、また、比較例２に比べた透磁率の低下は十分に小さいことが確認できた。

さらに、電磁干渉抑制効果を確認するため、電磁干渉抑制体の伝送損失Ｓ２１の測定を行った。その測定結果を図６に示す。周波数１ＧＨｚにおいて、酸素を混合しない雰囲気での熱処理による軟磁性粉末を用いた比較例２の電磁干渉抑制体の伝送損失はＳ２１＝−４．４ｄＢであり、この値と比べ、実施例の電磁干渉抑制体はＳ２１＝−４．０ｄＢと、ほとんど変化がないのに対し、比較例１ではＳ２１＝−２．２ｄＢまで低下している。

以上のように、実施例の製造方法では、軟磁性粉末の酸化膜の形成による透磁率および伝送損失の減少を抑えながらも高い表面抵抗値を保持した電磁干渉抑制体を得ることができることが確認できた。

なお、本発明による電磁干渉抑制体の製造方法において規定したように、酸素を混合しない雰囲気での熱処理による軟磁性粉末と比較して磁化の増加量が０．１〜１０ｅｍｕ／ｇの範囲内にあるように酸素分圧を制御して熱処理すれば、従来に比較して透磁率特性と表面抵抗値の総合特性が優れた電磁干渉抑制体が得られること、さらに、酸素を混合しない雰囲気での熱処理による軟磁性粉末を使用して作製した電磁干渉抑制体に比較して透磁率の共振周波数の増加率が１〜２０％の範囲内となるような酸素分圧に制御して熱処理すれば、さらに優れた特性を有する電磁干渉抑制体が得られることが実験的に確認された。

本発明は上記の実施の形態や実施例に限定されるものではないことはいうまでもなく、目的とする電磁干渉抑制体や製造上の制約などに合わせて変更可能である。例えば、軟磁性粉末の材料であるＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金の組成、軟磁性粉末の形状、扁平度、熱処理の温度、時間、不活性気体、なども製造する電磁干渉抑制体の用途、製造装置などによって最適な構成、条件を選択可能である。

１１ （Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ）軟磁性粉末
１２ 酸化膜
１３ 有機結合剤

Claims (2)

1. Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金からなる扁平状の軟磁性粉末を熱処理した後、有機結合剤中に分散して混合する工程を有する電磁干渉抑制体の製造方法において、前記熱処理は不活性気体に酸素を混合した混合気体中に前記軟磁性粉末を配置して行われる熱処理であって、前記不活性気体中に前記軟磁性粉末を配置して前記熱処理と同一の温度および同一の時間の熱処理を行ったときに得られる前記軟磁性粉末の磁化の大きさをＭｓとするとき、前記混合気体中に前記軟磁性粉末を配置して行われる熱処理によって得られる前記軟磁性粉末の磁化の大きさがＭｓ＋ΔＭｓ、但しΔＭｓ＝０．１〜１０ｅｍｕ／ｇとなるように前記混合気体の酸素分圧の値が設定されることを特徴とする電磁干渉抑制体の製造方法。
2. 前記軟磁性粉末を前記不活性気体中に配置して前記熱処理と同一の温度および同一の時間の熱処理を行って得られる前記軟磁性粉末を前記有機結合剤中に分散して混合することによって作製される電磁干渉抑制体の透磁率の共振周波数をｆｒとするとき、前記軟磁性粉末を前記混合気体中に配置して行われる前記熱処理によって得られる前記軟磁性粉末を前記有機結合剤中に分散して混合することによって作製される電磁干渉抑制体の透磁率の共振周波数がｆｒ＋Δｆｒ、但しΔｆｒ＝０．０１ｆｒ〜０．２０ｆｒとなるように前記混合気体の酸素分圧の値が設定されることを特徴とする請求項１に記載の電磁干渉抑制体の製造方法。

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