JP4883855B2

JP4883855B2 - 電磁波吸収体の製造方法および電磁波吸収体

Info

Publication number: JP4883855B2
Application number: JP2001266212A
Authority: JP
Inventors: 敏幸須恵; 功治榎田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2021-09-03
Also published as: JP2003078277A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波回路用パッケージの内部に装着される電磁波吸収体の製造方法および電磁波吸収体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、高周波回路用パッケージでは、直方体状に形成された金属またはセラミックス等からなる蓋体をパッケージベースに取り付けることにより気密封止が行われている。従って、前記高周波回路用パッケージの内部には直方体状の空洞が形成されることから、高周波回路用パッケージ自体は空洞の寸法によって定まる遮断周波数より高い周波数帯域で空洞共振を生じる。前記遮断周波数より低い周波数帯域で動作する高周波半導体素子やその他の回路素子（以下、高周波半導体素子やその他の回路素子を単に素子という。）を高周波回路用パッケージに実装する場合には、前記空洞の寸法を小さくすることで、遮断周波数を前記素子が動作する周波数帯域よりも十分に高くし、空洞共振が発生する周波数帯域を狭めている。しかしながら、素子の動作周波数が高周波化するに伴い、空洞の寸法を小さくすることには限界があり、前記素子が動作する周波数帯域より空洞共振が生じる周波数の方が低くなるという問題を解決することができなかった。この問題を解決するために、近年、電磁波吸収体を高周波回路用パッケージの内部に装着して、空洞共振時の電界エネルギーや磁界エネルギーを吸収することにより、空洞共振を抑制する方法が提案されるようになっている。
【０００３】
例えば、高周波回路用パッケージの内部に装着される電磁波吸収体としては、図４に示す高周波回路用パッケージ４０のように、高周波回路用パッケージ４０内に合成樹脂と磁性体粒子とからなる電磁波吸収体４１を装着したものが提案されている（特願２００１−１９７５３０号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示す電磁波吸収体４１は、合成樹脂と磁性体粒子とから形成されているため、電磁波吸収体４１を１５０℃まで加熱する過程で合成樹脂より腐食性の脱離ガスが発生し、高周波回路用パッケージ４０の内部に実装される半導体素子や伝送線路等に悪影響を及ぼすという課題があった。
【０００５】
また、高周波回路用パッケージ４０のダウンサイジングに伴い、電磁波吸収体４１の厚みも薄くなり、そのため強度を高くすることが要求されるようになりつつあるが、合成樹脂の存在により、強度を高くすることができないという課題もあった。
【０００６】
本発明の目的は、電磁波吸収体としての本来の特性、即ち電磁波吸収特性を向上させるとともに、１５０℃まで加熱する過程で脱離ガスを発生せず、しかも高い強度が得られる電磁波吸収体の製造方法および電磁波吸収体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題に対して検討を重ねた結果、本発明に係る高周波回路用パッケージの内部に装着される電磁波吸収体の製造方法は、炭素化合物と金属磁性体粒子とを含有してなる成形体を、大気雰囲気中で、かつ前記炭素化合物の熱分解温度よりも高い温度で加熱処理する工程を具備することを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明の電磁波吸収体の製造方法により作製された電磁波吸収体は、炭素化合物と、表面の少なくとも一部が酸化した領域を有する金属磁性体粒子とからなるとともに、炭素化合物の含有量が１質量％以下であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態として、高周波回路用パッケージの内部に装着される電磁波吸収体について説明する。
【００１３】
本発明の電磁波吸収体は、例えば図１に示すように炭素化合物（図示せず）と、金属磁性体粒子１１から形成され、この金属磁性体粒子１１は、表面の少なくとも一部が酸化した領域を有するとともに、電磁波吸収体１０に含まれる炭素化合物の含有量が１質量％以下であることが重要である。
【００１４】
本発明の電磁波吸収体１０を形成する金属磁性体粒子１１としては、例えば、カーボニル鉄、パーマロイ、フェロシリコン、センダスト、アモルファス合金、電磁ステンレス鋼等があり、本発明においてはこれらのうち１種類以上を混合して用いることができる。
【００１５】
この金属磁性体粒子１１は、表面の少なくとも一部が酸化した領域を有することで、酸化した領域を有さない場合より電磁波吸収体１０の体積固有抵抗率を大きくすることができる。その結果、電磁波吸収体１０に入射した電磁波は反射しにくくなるため、電磁波吸収特性が向上する。
【００１６】
さらに、この金属磁性体粒子１１は、表面に存在する酸化した領域が金属磁性体粒子１１を覆う膜として形成される場合には、隣接する膜同士で強固に結合するため、強度も向上する。
【００１７】
ここで、金属磁性体粒子１１の表面に存在する酸化した領域を構成する酸化物は、例えば、ＮｉＯ、ＮｉＦｅ₂Ｏ₄、Ｎｉ₂Ｍｏ₃Ｏ₈、ＣａＯ、ＳｉＯ₂、ＺｎＯ等である。
【００１８】
また、前記炭素化合物の含有量を１質量％以下としたのは１質量％を超えると、例えば光パッケージ内部に電磁波吸収体１０を配設する場合、光パッケージを加熱する過程で、電磁波吸収体１０より発生する脱離ガスが光パッケージ内のレンズ等に付着し光を吸収するためである。上記炭素化合物の含有量の好ましい範囲は０．５質量％以下、より好ましい範囲は０．０５質量％以下である。
【００１９】
ここで言う炭素化合物とは、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビニルアルコール等の合成樹脂、炭素、炭化水素系化合物、アセトアルデヒド、ベンゼン、トルエン、遊離フェノール、ＤＯＰ等である。
【００２０】
なお、上記金属磁性体粒子１１の中でも、減衰量が大きいという点からＮｉ、Ｆｅ、またはその合金の一種であるパーマロイが好ましく、パーマロイの中でも減衰量の大きいＭｏパーマロイが一層好適である。
【００２１】
ここで、上記減衰量とは、高周波伝送線路の伝送特性、すなわち、４端子回路をインピーダンスが較正された高周波電源に接続したときの電力反射係数（Ｓ₁₁）と透過係数（Ｓ₂₁）より、以下の数式を用いて算出したものである。
【００２２】
減衰量（ｄB）＝２０log｜S₂₁／1−S₁₁｜
さらに、金属磁性体粒子１１の平均粒径は５０μｍ以下であることが好ましい。金属磁性体粒子１１の平均粒径が５０μｍ以上を超えると、１００ＭＨｚ以上の高周波帯域における電磁波吸収特性が低下するからである。
【００２３】
なお、金属磁性体粒子１１の平均粒径は1ＧＨｚ以上の高周波帯域では１５μｍ以下であることが好ましく、さらに、１０ＧＨｚ以上の高周波帯域では５μｍ以下であることが好ましく、金属磁性体粒子１１の製造コストを考慮すると１μｍ以上であることが好ましい。
【００２４】
また、金属磁性体粒子１１の最大粒径は５００μｍ以下とすることが好ましい。最大粒径を５００μｍより大きくすると、例えば、合成樹脂を使って造粒する場合、金属磁性体粒子１１の分散性が悪いため、強度を十分に確保することができず、後述する粉末加圧成形後の離型時に欠けが発生し易くなるからである。
【００２５】
なお、金属磁性体粒子１１の平均粒径とは、金属磁性体粒子１１を１００〜２００個抜き取り、その断面の左右、上下の寸法を各々測定した値の平均値をいい、最大粒径とは、その断面の左右、上下の寸法を測定した値のうちの最大長をいう。上記金属磁性体粒子１１の平均粒径や最大粒径を求める場合、便宜的に電磁波吸収体１０の任意の断面を画像解析装置によって測定すればよい。
【００２６】
また、本発明に係る電磁波吸収体１０は、１５０℃まで加熱する過程に発生する脱離ガス成分中に腐食性を有する化合物および炭化水素系化合物が含まれないことが重要である。ここで、腐食性の脱離ガスとは、Ｆ、Ｃl、Ｂｒ元素等を含むハロゲン系ガスやＳ元素を含むガスをいう。
【００２７】
例えば、図２に示すように電磁波吸収体１０は、パッケージ蓋体２１に装着されることから、電磁波吸収体１０から脱離ガスが発生すると、パッケージベース２２に形成された伝送線路２３、パッケージベース２２上に実装された半導体素子２４、ワイヤー２５等が腐食され、伝送特性の劣化の原因となる。
【００２８】
また、例えば光パッケージ内部に電磁波吸収体１０を配設する場合、光パッケージを加熱する過程で、電磁波吸収体１０より発生する脱離ガスが光パッケージ内のレンズ等に付着し光を吸収し、感度低下の原因となる。
【００２９】
これに対して、本発明の電磁波吸収体１０は１５０℃まで加熱する過程で発生するガス中に腐食性を有する化合物および炭化水素系化合物が含まれないため、上記の伝送特性の劣化、感度低下を防止することができる。なお、このようにガス中に腐食性を有する化合物および炭化水素系化合物が含まれないようにするには、例えば、上述したように電磁波吸収体１０の炭素化合物の含有量を１質量％以下とすれば良い。
【００３０】
次に、本発明の電磁波吸収体１０の製造方法について説明する。
【００３１】
例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビニルアルコール等の合成樹脂から選ばれる少なくとも１種の合成樹脂と金属磁性体粒子とを所定の比率、合成樹脂２．５〜７．５質量％、金属磁性体粒子９２．５〜９７．５質量％になるようにミキサー等を用いて混合する。ここで、合成樹脂を金属磁性体粒子と混合させたのは、後述の混練をしやすくするためである。
【００３２】
さらに、上記添加剤以外にも本発明の要旨を逸脱しない限り、公知の硬化剤、硬化助剤、滑材、可塑剤、分散剤、離型剤、着色剤、増量剤（無機材）を添加しても何ら差し支えない。
【００３３】
次に、混合した合成樹脂及び金属磁性体粒子を混練機で混練するか、加熱ロールで溶融混練した後、ミル等で粉砕する。ここで、粉砕を一層容易にするためにＣａＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯ₂等の粉体を少なくともいずれか１種添加してもよい。また、必要に応じて所定の粒度となるように乾燥噴霧機等で造粒してもよい。また、金属磁性体粒子の流れ性、成形性が良好で有れば、合成樹脂を用いなくても何ら差し支えない。
【００３４】
その後、粉末加圧成形法により成形圧０．１〜１０ｔｏｎ／ｃｍ²で成形し、大気雰囲気中５００℃以上の温度で加熱処理する。
【００３５】
ここで、大気雰囲気中５００℃以上で加熱処理したのは、合成樹脂を焼失させ、炭素化合物の含有量を１質量％以下とするためであり、かつ金属磁性体粒子の表面の少なくとも一部に酸化した領域を存在させるためである。保持時間は０時間でも良いが、合成樹脂を十分に焼失させる点から１時間以上が好ましい。
【００３６】
また、一般的に合成樹脂の熱分解温度は３００〜５００℃であるため、５００℃未満の温度で加熱処理すると、合成樹脂が焼失せずに１質量％を超える炭素化合物として残留し、腐食性ガス、炭化水素系化合物を含むガスの発生原因となる。加えて金属磁性体粒子の表面は酸化した領域を十分に有していないため必要な強度が得られない。
【００３７】
上記のようにして得られた電磁波吸収体１０の形状は、直方体に限らず、三角柱、三角錐、円柱あるいはそれらの組み合わせでも良い。また、電磁波吸収体１０を装着する位置は高周波回路用パッケージ２０の特性に影響が無く、且つ空洞共振、発振等を抑制できれば、高周波回路用パッケージ２０内のどこでも良い。
【００３８】
このような電磁波吸収体１０は、空洞共振や半導体素子２４より発生する不要輻射波、発振、結合等を抑制することができ、また、電磁波吸収体１０から腐食性の脱離ガスの発生がないことから、信頼性の高い高周波回路用パッケージ２０を得ることができる。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はその要旨を逸脱しない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４０】
先ず、表１に示す金属磁性体粒子及び合成樹脂をミキサーで混合し、混練機で混練、粉砕した後、粉末加圧成形法にて成形し、得られた成形体を表１に示す加熱処理温度の条件に従い、所定形状の電磁波吸収体を得た。
【００４１】
次に、上記電磁波吸収体に含有される金属磁性体粒子表面の酸化した領域の有無、電磁波吸収体に含まれる炭素量の重量及び電磁波吸収体の体積固有抵抗率を測定した。
【００４２】
金属磁性体粒子表面の酸化した領域の有無については、Ｘ線回折法を用い、電磁波吸収体に含まれる炭素化合物量の測定については、炭素分析装置（堀場製作所（製）ＥＭＩＡ―５１１型）を用いた。
【００４３】
また、電磁波吸収体の体積固有抵抗率については、上記電磁波吸収体の作製条件と同一条件で作製した外径５０ｍｍ、厚み２ｍｍの円盤状の試料を用い、ＪＩＳＣ２１４１−１９９２に準拠して測定した。
【００４４】
また、減衰量の測定については、図３に示すように電磁波吸収体１０を外径７ｍｍ×４ｍｍ、高さ０．７ｍｍの直方体に加工した後、伝送線路３２が印刷されたセラミックス基板３１上に載せた。また、電力反射係数（Ｓ₁₁）及び入力信号に対する透過係数（Ｓ₂₁）の測定については、ネットワークアナライザーを用いて１００ＭＨｚから４０．１ＧＨｚの帯域で測定した後、減衰量を算出した。
【００４５】
また、室温から１５０℃まで加熱する過程に発生する脱離ガス中の腐食性ガスあるいは炭化水素系化合物を含むガスの有無については、ガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ−ＭＳ：ＧａｓＣｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ―ＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）により、コールドラップ法にて測定した。
【００４６】
上記酸化物の有無、炭素量及び体積固有抵抗率の測定結果を表１に示す。表１の測定結果より、金属磁性体粒子の表面に酸化した領域がないもの、すなわち試料Ｎｏ．１３、１４については、金属磁性体粒子間の接触により体積固有抵抗率が低下し、十分な減衰量が得られないため使用できない。また、本発明の製造方法以外の製造方法にて作製された試料Ｎｏ．１５〜１７については、炭素化合物が金属磁性体粒子間の接触を防いでいることから十分な減衰量が得られているが、強度が非常に低く使用できない。さらに脱離ガスの発生があるため使用できない。
【００４７】
一方、本発明の範囲内の試料、すなわち試料Ｎｏ．１〜１２については、金属磁性体粒子表面は酸化した領域を有しており、かつ炭素化合物の含有量が１質量％以下であることから、十分な強度、減衰量が得られ、脱離ガスの発生もないため、好適に使用できる。
【００４８】
また、表１の結果から明らかなように、試料Ｎｏ．１５〜１７は加熱処理温度が５００℃以下であることから、合成樹脂を十分に焼失することが出来ないため、脱離ガスの発生があり使用することができない。一方、試料Ｎｏ．１〜１２については加熱処理温度が５００℃以上であることから、合成樹脂を十分に焼失することができるため脱離ガスの発生が無く、また金属磁性体粒子表面は酸化した領域を有しているため十分な強度が得られ、好適に使用することができる。
【００４９】
さらに表１の結果から明らかなように、金属磁性体粒子がＮｉ、Ｆｅまたはその合金のいずれかであるもの（Ｎｏ．１〜１２）は良好な減衰特性が得られている。
【００５０】
また、表１の結果から明らかなように、試料Ｎｏ．４〜６は平均粒径が小さくなるに従い減衰特性が良好になり、特に平均粒径５０μｍ以下の試料Ｎｏ．１〜５、試料Ｎｏ．７〜１２は、良好な減衰特性が得られている。
【００５１】
【表１】

【００５２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、炭素化合物と金属磁性体粒子とを含有してなる成形体を、大気雰囲気中で、かつ炭素化合物の熱分解温度よりも高い温度で加熱処理する工程を具備する製造方法により作製された高周波回路用パッケージの内部に装着される電磁波吸収体が、炭素化合物と、表面の少なくとも一部が酸化した領域を有する金属磁性体粒子とからなるとともに、炭素化合物の含有量が１質量％以下であることにより、十分な強度を有する電磁波吸収体を得ることができる。
【００５５】
また、本発明の電磁波吸収体の製造方法よれば、炭素化合物と金属磁性体粒子とを含有してなる成形体を、大気雰囲気中で、かつ炭素化合物の熱分解温度よりも高い温度で加熱処理することにより、炭素化合物の含有量を１質量％以下とすることができ、かつ金属磁性体粒子の表面の少なくとも一部に酸化した領域を存在させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁波吸収体の断面図である。
【図２】本発明の電磁波吸収体を用いた高周波回路用パッケージの断面図である。
【図３】本発明の電磁波吸収体の減衰量を測定するための装置の断面図である。
【図４】従来の電磁波吸収体を用いた高周波回路用パッケージの断面図である。
【符号の説明】
１０・・・電磁波吸収体
１１・・・磁性体粒子
２０・・・高周波回路用パッケージ
２１・・・パッケージ蓋体
２２・・・パッケージベース
２３・・・伝送線路
２４・・・半導体素子
２５・・・ワイヤー
３０・・・減衰量測定装置
３１・・・セラミック基板
３２・・・伝送線路
４０・・・高周波回路用パッケージ
４１・・・フェライトと合成樹脂とからなる電磁波吸収体

Claims

高周波回路用パッケージの内部に装着される電磁波吸収体の製造方法であって、炭素化合物と金属磁性体粒子とを含有してなる成形体を、大気雰囲気中で、かつ前記炭素化合物の熱分解温度よりも高い温度で加熱処理する工程を具備することを特徴とする電磁波吸収体の製造方法。
請求項１に記載の製造方法により作製された高周波回路用パッケージの内部に装着される電磁波吸収体であって、該電磁波吸収体が、炭素化合物と、表面の少なくとも一部が酸化した領域を有する金属磁性体粒子とからなるとともに、炭素化合物の含有量が１質量％以下であることを特徴とする電磁波吸収体。