JP4311655B2 - 広帯域周波数特性の電磁波吸収体 - Google Patents
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Description
これらの問題を解決するための方法としては、主に、発生したノイズを反射させて発生源に帰還させる反射法、ノイズを安定電位面(接地部等)に誘導させるバイパス法、又はシールド法等がとられている。
しかしながら、最近の機器の小型・軽量化の要求による高密度実装に伴い、ノイズ対策部品実装のスペースが少なくなり、省電力化の要求による素子駆動の低電圧化に伴い、電源系に他媒体からの高周波が結合し易くなり、演算処理速度の急速な高速化の要求によりクロック信号の狭いことに伴い、高周波の影響を受け易くなり、樹脂筐体の急激な普及に伴い、電磁波が漏れ易い構造となり、利用周波数帯域の急増に伴い、相互に影響されやすい環境下におかれるようになる等の理由により、いずれの方法も近傍電磁界の電磁波対策と放熱対策を十分に両立させる方法とはなっていないのが現状であり、特に、この傾向はデジタル機能素子、デジタル回路ユニット等の動作の高速化に伴い1GHzを超える周波数にまで及ぶようになってきている。
(a)ソフトフェライト
本発明の電磁波吸収体で用いるソフトフェライトは、微弱な励磁電流でも磁気的機能を発揮するものである。ソフトフェライトとしては、特に限定されるものではないが、Ni−Zn系フェライト、Mn−Zn系フェライト、Mn−Mg系フェライト、Cu−Zn系フェライト、Ni−Zn−Cuフェライト、Fe−Ni−Zn−Cu系、Fe−Mg−Zn−Cu系及びFe−Mn−Zn系などのソフトフェライトが挙げられ、これらの中では、電磁波吸収特性、熱伝導性、価格等のバランスの面から、Ni−Zn系フェライトが好ましい。
Ni−Zn系フェライトをこのような形状で用いることにより、後述するシリコーンゲルの硬化阻害を起こさせず、シリコーンゲル材料への分散性にも優れ、ある程度の熱伝導性が発揮できるようになる。
ここで、粒径分布D50とは、粒度分布計によって求められた粒径の小さい値から重量を累計して50%になったときの粒径の値の範囲を示すものである。
無官能基系シラン化合物でソフトフェライトの表面を処理することにより、無官能基系シラン化合物で表面処理されたソフトフェライトのpHを8.5以下、好ましくは8.2以下、より好ましくは7.8〜8.2にすることが好ましい。ソフトフェライトのpHを8.5以下にすることにより、シリコーンの硬化阻害を抑制し、どのようなシリコーンにも適用することができるようになる。また、ソフトフェライトとシリコーンのなじみが良好となり、その結果、シリコーン中へのソフトフェライトの充填量を増やすと同時に熱伝導性充填剤との混合性を高め、均一な成形体を得ることができる。
本発明のソフトフェライトの表面処理用シラン化合物として、フィラー等の表面処理に用いる通常の官能基を有するシランカップリング剤、例えば、エポキシ系シラン化合物、ビニル系シラン化合物等の表面処理剤を用いると加熱下の環境試験で硬度が上昇するという硬度変化が生じると、熱分解によるクラック等が発生し、形状維持ができなくなり外観損傷を起こし好ましくない。
本発明の電磁波吸収体における(b)扁平軟磁性金属粉は、高周波数帯域で安定したエネルギー変換効率を有する効果を有する材料である。
(b)扁平軟磁性金属粉としては、特に限定されず、軟磁性を示し機械的な処理で扁平化できるものであれば良いが、高い透磁率を有し、かつ低自己酸化性を有し、形状的にもアスペクト比(平均粒径を平均厚さで除した値)が高いものが望ましい。具体的な金属粉としては、Fe−Ni合金系、Fe−Ni−Mo合金系、Fe−Ni−Si−B系、Fe−Si合金系、Fe−Si−Al合金系系、Fe−Si−B合金系、Fe−Cr合金系、Fe−Cr−Si合金系、Co−Fe−Si−B合金系、Al−Ni−Cr−Fe合金系、Si−Ni−Cr−Fe合金系等の軟磁性金属が例示され、これらの中では、特に自己酸化性の低さの点からAlまたはSi−Ni−Cr−Fe系合金が好ましい。また、これらは1種でも2種以上混合して用いても良い。
さらに、自己酸化性が低いと、粉塵爆発の危険性がなくなり、非危険物扱いのものとして、大量の貯蔵が可能になり、取り扱いが容易で生産効率を上げることができるという利点を有する。
また、扁平軟磁性金属粉の粒径分布D50は、8〜42μmが好ましい。粒径分布D50が8μm未満ではエネルギー変換効率が低下し、42μmを超えると粒子の機械的強度が低下し、機械混合させた場合は破損し易くなる。
ここで、比表面積は、BET測定装置で測定する値である。
マイクロカプセル化の方法は、とくに限定されず、扁平軟磁性金属粉の表面をある程度の厚さに被覆し、扁平軟磁性金属粉のエネルギー変換機能を阻害しないような材料を用いて行う方法であれば、どのような方法であっても良い。
例えば、扁平軟磁性金属粉の表面を被覆する材料として、ゼラチンを用い、ゼラチンを溶解したトルエン溶液に扁平軟磁性金属粉末を分散させ、その後トルエンを揮発除去して扁平軟磁性金属粉をゼラチンで被覆カプセル化した扁平軟磁性金属粉を得ることできる。この場合、例えば、ゼラチン重量が20%で扁平軟磁性金属粉が80%程度の重量比のマイクロカプセル化物は約100μmの粒径を有するものとして得られ、それを用いた電磁波吸収体の絶縁破壊強度は、マイクロカプセル化を行わなかった場合の約2倍に向上させることができる。
また、本発明の電磁吸収体においては、(a)ソフトフェライトと(b)扁平軟磁性金属粉の重量配合比は1.8〜2.3:1.0が好ましく、より好ましくは1.9〜2.2:1.0である。(a)と(b)の重量配合比が上記範囲を外れるとエネルギー変換効率とシート成形性のバランスが維持できなくなる。
本発明の電磁波吸収体における(c)マグネタイトは、酸化鉄(Fe3O4)であり、前記ソフトフェライトと共に用いることにより、電磁波吸収体に難燃性を付与すると同時に、熱伝導率を向上させ、さらに、マグネタイトの磁性特性付加による相乗効果により、電磁波吸収体全体の電磁波吸収効果を向上させることができる。
また、マグネタイトの粒径分布D50は、0.1〜0.4μmが好ましい。マグネタイトの粒径分布D50をソフトフェライトの粒径分布D50の約10分の1にすることによりソフトフェライトの高充填を可能にすることができる。また、マグネタイトの粒径分布D50が0.1μm未満であると取り扱いが困難となり、0.4μmを超えるとソフトフェライトとの高充填が出来なくなる。
マグネタイトの形状は特に限定されるものではなく、球状、繊維状、不定形状等の所望の形状にすることができる。本発明においては、高い難燃性を得るためには、八面体形状微粒子であることが好ましい。マグネタイトが八面体形状微粒子の場合は、比表面積が大きく難燃性付与効果が高い。
本発明の電磁波吸収体における(d)シリコーンは、上記ソフトフェライト、扁平軟磁性金属粉、マグネタイトのバインダーとしての機能を果たすと共に、電磁波吸収体の温度依存性を少なくして−20〜150℃の広い温度範囲での使用を可能にする機能を有する。(d)シリコーンとしては、従来から知られ、市販されている種々のシリコーン材料として一般的に使用されているものを適宜選択して用いることができる。よって、加熱硬化型あるいは常温硬化型のもの、硬化機構が縮合型あるいは付加型のものなど、いずれも用いることができる。また、珪素原子に結合する基も特に限定されるものではなく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基のほか、これらの基の水素原子が部分的に他の原子又は結合基で置換されたものを挙げることができる。
本発明の電磁波吸収体は、前述のように、シリコーンにソフトフェライト、扁平軟磁性金属粉、マグネタイトを高充填した混合物から得られるが、通常シリコーンゴムにフェライト、扁平軟磁性金属粉、マグネタイト等の無機フィラーを高充填すると粘度が高くなりロ−ル混練、バンバリ−混練、ニ−ダ−混練が困難である。仮に混練を行なってもコンパウンドの粘度が高く、圧縮成形では均一な厚さに成形することが容易に出来ないが、シリコーンゲルを用いると高充填を行ってもケミカルミキサーで混練が容易になり、通常のシート成形機で均一な厚さにシート成形ができるようになる。また、ソフトフェライトを無官能基系シラン化合物でその表面を処理しているため、混練等が容易にできる効果を有する。さらに、通常シリコーンにフェライトを高充填しロ−ル混練するとシリコーンのフェライトを保持する強度が不足し、まとまりがなくなり、更にロ−ルにコンパウドが粘着して均一なコンパウンドが出来ないが、ソフトフェライトを無官能基系シラン化合物でその表面を処理しているため、シリコーン中への分散性に優れ、フェライトを含有したシート等の成形が容易であるという効果を有する。
また、扁平軟磁性金属粉をマイクロカプセル化したものを用いる場合は、混練等をさらに容易にする効果を有する。
本発明においては、PETのフィルム層を電磁波吸収体層に積層する場合は、PETフィルムの一方に粘着層/剥離紙を設けたフィルムと一体成形するようにして得られるものが好ましい。PETフィルムの粘着層の粘着力を強力にすることにより、シリコーンゲルのタック性のみでは問題のあった筐体の天面や側面への適用が可能になり、その適用範囲を拡大することができる。
(1)針入度:JIS K 2207−1980に準拠して求めた。
(2)磁性損失(透磁率):透磁率&誘導率測定システム(アンリツ&キーコム社製Sパラメーター方式同軸管 er,μr測定器システム)を用いて測定した。
(3)体積抵抗:JIS K 6249に準拠して測定した。
(4)絶縁破壊強度:JIS K 6249に準拠して測定した。
(5)熱伝導率:QTM法(京都電子工業株式会社)に準拠して求めた。
(6)難燃性:UL94に準拠して測定した。
(7)耐熱性:150℃恒温下に放置して、針入度、熱伝導率を測定し、経時変化を観察し、1000時間以上で変化なしを○とし、変化ありを×とした。
(8)外観:表面の色を目視で色を判断した。ここで、黒はマグネタイトの添加によりもたらされる色である。
(9)自己酸化性:φ100シャーレに金属粉末約10gを平置きして、200℃の大気オーブン中に静置し、300時間後に取り出し、室温まで冷却して電子天秤により重量測定を行い、暴露前後の重量差から重量変化率を求めた。
粒径分布D501〜10μmのNi−Zn系ソフトフェライト(BSN−714(商品名):戸田工業(株)製)をメチルトリメトキシシランで表面処理したソフトフェライト50重量%、粒径分布D508〜42μm、自己酸化性0.26重量%の扁平軟磁性金属粉(JEM−M(商品名)ジェムコ(株)製)25重量%、粒径分布D500.1〜0.4μmの八面体形状マグネタイト微粒子(KN−320(商品名):戸田工業(株)製)5重量%、及びJISK2207−1980(50g荷重)の針入度が150のシリコーンゲル(CF−5106(商品名):東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)製)20重量%を混合し、真空脱泡の後、空気を巻き込まないようガラス板間に流し込み、70℃で60分間加熱プレス成形して、厚さが1mmの表面が平滑な成形体を得た。この成形体の評価結果を表1に示す。
なお、磁性損失は、0.5〜10GHzまでの範囲について測定したところ、図1に示すAであった。
実施例1で用いた扁平軟磁性金属粉を、トルエンに溶解したゼラチン20重量%溶液に分散させ、その後トルエンを揮発除去して、表面をゼラチンで被覆したマイクロカプセル化扁平軟磁性金属粉(ゼラチン重量20%、扁平軟磁性金属粉80重量%)を用いる以外は実施例1と同様にして成形体を得た。成形体の評価結果を表1に示す。
実施例1で得られた成形体に厚さ50μmのPETフィルムの絶縁層を積層して電磁波吸収体とした。成形体の評価結果を表1に示す。なお、PETフィルムは絶縁破壊強度向上対策のために用いたものである。
ソフトフェライト、扁平軟磁性金属粉、シリコーンの配合量を表1に記載する量に変更する以外は実施例1と同様にして成形体を得た。成形体の評価結果を表1に示す。なお、磁性損失は、0.5〜10GHzまでの範囲について測定したところ、図1に示すBであった。
表面処理を行わないソフトフェライトを用い、扁平磁性金属粉およびマグネタイトを配合せず、シリコーンの量を表1に示す配合量にする以外は、実施例1と同様にして成形体を得た。表面処理を行わないソフトフェライトを用いると、シリコーンには20重量%を充填しただけで、シリコーンの硬化阻害が生じ、充分な成形体が得られなかった。評価結果を表1に示す。
ソフトフェライトの表面処理を官能基含有シラン化合物であるエポキシトリメトキシシランで行う以外は実施例1と同様にして成形体を得た。成形体の評価結果を表1に示す。得られた成形体は、耐熱性に劣った。
ソフトフェライトの表面処理を官能基含有シラン化合物であるビニルトリメトキシシランで行う以外は実施例1と同様にして成形体を得た。成形体の評価結果を表1に示す。得られた成形体は、耐熱性に劣った。
マグネタイトの配合量を本発明の範囲未満に変更し、ソフトフェライトを表1に記載する量にする以外は実施例1と同様にして成形体を得た。成形体の評価結果を表1に示す。得られた成形体は、難燃性に劣った。
扁平軟磁性金属粉を配合せず、ソフトフェライト、シリコーンの配合量を表1に記載する量に変更した以外は実施例1と同様にして成形体を得た。成形体の評価結果を表1に示す。なお、磁性損失は、0.5〜10GHzまでの範囲について測定したところ、図1に示すDであった。1GHz以上の高周波数帯域では磁性損失が小さく、電磁波吸収性能が劣った。
ソフトフェライトを配合せず、扁平軟磁性金属粉、シリコーンの配合量を表1に記載する量に変更した以外は実施例1と同様にして成形体を得た。成形体の評価結果を表1に示す。なお、磁性損失は、0.5〜10GHzまでの範囲について測定したところ、図1に示すCであった。2〜4GHzにおける磁性損失は優れているが、10GHzのような高周波数帯域では磁性損失が小さく、電磁波吸収性能が劣った。
Claims (15)
- (a)無官能基系シラン化合物で表面処理されたソフトフェライト40〜60重量%、(b)扁平軟磁性金属粉20〜30重量%、(c)マグネタイト3〜10重量%、及び(d)シリコーン7〜25重量%を含有することを特徴とする電磁波吸収体。
- (a)無官能基系シラン化合物で表面処理されたソフトフェライトと(b)扁平軟磁性金属粉との重量配合比が1.8〜2.3:1であることを特徴とする請求項1に記載の電磁波吸収体。
- (a)無官能基系シラン化合物で表面処理されたソフトフェライトがジメチルジメトキシシランまたはメチルトリメトキシシランで表面処理したソフトフェライトであることを特徴とする請求項1又は2に記載の電磁波吸収体。
- (a)無官能基系シラン化合物で表面処理されたソフトフェライトのpHが8.5以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電磁波吸収体。
- (a)無官能基系シラン化合物で表面処理されたソフトフェライトに用いるソフトフェライトの粒径分布D50が1〜30μmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電磁波吸収体。
- (a)無官能基系シラン化合物で表面処理されたソフトフェライトに用いるソフトフェライトがNi−Zn系フェライトであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電磁波吸収体。
- (b)扁平軟磁性金属が加熱下の大気中での暴露試験による重量変化率が0.3重量%以下である低自己酸化性の扁平軟磁性金属であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電磁波吸収体。
- (b)扁平軟磁性金属粉の比表面積が0.8〜1.2m2/gであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電磁波吸収体。
- (b)扁平軟磁性金属粉の粒径分布D50が8〜42μmであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の電磁波吸収体。
- (b)扁平軟磁性金属粉がマイクロカプセル化処理したものであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の電磁波吸収体。
- (c)マグネタイトの粒子径が0.1〜0.4μmであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の電磁波吸収体。
- (c)マグネタイトが八面体形状微粒子であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の電磁波吸収体。
- (d)シリコーンがJIS K2207−1980(50g荷重)の針入度が5〜200のシリコーンゲルであることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の電磁波吸収体。
- 電磁波吸収体に絶縁フィルムを積層したものであることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の電磁波吸収体。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載の電磁波吸収体に導電体の反射層を積層した積層電磁波吸収体であって、反射層の外側に絶縁層を有することを特徴とする積層電磁波吸収体。
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