JP5700869B2 - 近傍界用電波吸収シート - Google Patents

Description

本発明は、電子機器や通信機器における余分な放射電波を抑制するために使用される近傍界用電波吸収シートに関する。

近年、電子機器や通信機器の小型化・軽量化に伴い、電子回路に装着される部品の実装密度も高くなっている。そのため、電子部品から放射される電波に起因して、電子部品同士間あるいは電子回路同士間において電波干渉が生じることによる、電子機器などの誤動作が問題となる。

この問題を防ぐため、余分な放射電波を熱に変換する近傍界用の電波吸収シートが電子機器などに実装されている。この電波吸収シートは厚さが０．１〜２ｍｍであることから、電子部品や電子回路近傍に挿入することが可能であり、加工が容易で形状自由度も高い。そのため、電波吸収シートは電子機器などの小型化・軽量化に適応することができ、電子機器などのノイズ対策部品として広く用いられている。

典型的な電波吸収シートは、偏平状に加工された軟磁性金属粉末と樹脂とからなり、軟磁性金属粉末の磁気損失によって電波を熱に変換する仕組みである。よって、電波吸収シートの電波吸収性能は、軟磁性金属粉末の透磁率に依存する。一般に透磁率は、実部透磁率μ’と虚数部透磁率μ”を用いて複素透磁率μ＝μ’−ｊ・μ”で表されるが、電波吸収シートのような磁気損失を利用する場合には虚数部透磁率μ”が重要になる。すなわち、吸収したい電波ノイズの周波数帯域にわたって、虚数部透磁率μ”が分布することが重要である。以下、本明細書では、周波数に対する虚数部透磁率μ”の分布を「μ”分散」と呼ぶ。

特許文献１には、ＦｅＣｏＭｏ合金、ＦｅＣｏＮｂ合金、またはＦｅＣｏＶ合金の３元素系の合金からなる粉末と樹脂とからなる電波吸収シートが記載されている。また特許文献２には、２元素系の合金を用いた例として、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金と樹脂とからなる電波吸収シートが記載されている。

特開平１０−１０６８１４号公報 特開２００２−１３４３０９号公報

近年、電子機器の高性能化は急速に進んでおり、使用する周波数はますます高くなる傾向にある。例えば、パソコンでは更なる高速化が求められ、ＣＰＵの駆動周波数はＧＨｚ帯に達しようとしている。また、無線ＬＡＮなどの通信機器では扱うデジタルコンテンツの容量は増大しており、通信周波数もＧＨｚ帯が中心になってきている。加えて、デジタルＴＶ放送や道路交通情報システムなどの衛星通信も急速に拡大し、ユビキタスネットワーク時代が実現されつつある。このような情報通信機器の多機能化や融合が進む一方で、電子機器や通信機器から放射される余分な電波の周波数も高くなり、その放射電波による機能干渉や誤動作も従来に増して心配される。そのため、ＧＨｚ帯域の電波を有効に吸収できる電波吸収シートの開発が望まれている。

しかしながら、現状ではμ”分散がＧＨｚ帯域から立ち上がる電波吸収シートは得られていない。特許文献１および２に記載の技術においても、μ”分散がＭＨｚ帯域で立ち上がり、ＧＨｚ帯域に差し掛かかる程度であった。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、ＧＨｚ帯域から虚数部透磁率μ”の分布が立ち上がる近傍界用電波吸収シートを提供することを目的とする。

上記目的を達成するべく、本発明者は鋭意検討し以下の知見を得た。電波吸収シートに用いる軟磁性金属粉末としては、飽和磁化が高いもののほうがμ”分散の立ち上がりも高周波数側にシフトする傾向がある。そこで本発明者は、単体金属としては最も高い飽和磁化を示すＦｅを軟磁性金属粉末として用いることを検討した。しかし、さらに検討を進めると、Ｆｅの一部を、Ｆｅよりも飽和磁化の低いＣｏ及び／又はＮｉで、従来よりも少ない比率（具体的には４０％以下）で置換すると、これまでにないほどμ”分散の立ち上がりが高周波数側にシフトすることを見出した。

すなわち、本発明の近傍界用電波吸収シートは、偏平状のＦｅＣｏ合金粉末と樹脂とを含み、前記ＦｅＣｏ合金粉末の組成が、Ｆｅ_100-xＣｏ_xにおいて０．１≦ｘ≦４０であり、 前記ＦｅＣｏ合金粉末が、焼鈍処理と酸化処理を施されたものであり、前記ＦｅＣｏ合金粉末の表面に厚さ２０〜１００ｎｍの酸化皮膜が形成されており、前記ＦｅＣｏ合金粉末と前記樹脂との配合比が、前記ＦｅＣｏ合金粉末１００質量部に対して前記樹脂８〜１５質量部であることを特徴とする。

本発明の他の近傍界用電波吸収シートは、偏平状のＦｅＮｉ合金粉末と樹脂とを含み、 前記ＦｅＮｉ合金粉末の組成が、Ｆｅ_100-yＮｉ_yにおいて０．１≦ｙ≦４０であり、前記ＦｅＮｉ合金粉末が、焼鈍処理と酸化処理を施されたものであり、前記ＦｅＮｉ合金粉末の表面に厚さ２０〜１００ｎｍの酸化皮膜が形成されており、前記ＦｅＮｉ合金粉末と前記樹脂との配合比が、前記ＦｅＮｉ合金粉末１００質量部に対して前記樹脂８〜１５質量部であることを特徴とする。

本発明のさらに他の近傍界用電波吸収シートは、偏平状のＦｅＣｏＮｉ合金粉末と樹脂とを含み、前記ＦｅＣｏＮｉ合金粉末の組成が、Ｆｅ_100-z（ＣｏＮｉ）_zにおいて０．１≦ｚ≦４０であり、前記ＦｅＣｏＮｉ合金粉末が、焼鈍処理と酸化処理を施されたものであり、前記ＦｅＣｏＮｉ合金粉末の表面に厚さ２０〜１００ｎｍの酸化皮膜が形成されており、前記ＦｅＣｏＮｉ合金粉末と前記樹脂との配合比が、前記ＦｅＣｏＮｉ合金粉末１００質量部に対して前記樹脂８〜１５質量部であることを特徴とする。

本発明のさらに他の近傍界用電波吸収シートは、前記ＦｅＣｏ合金粉末、前記ＦｅＮｉ合金粉末、前記ＦｅＣｏＮｉ合金粉末、および偏平状のＦｅ粉末のうち少なくとも２種類以上を混合した混合粉末と、樹脂とを含み、前記混合粉末と前記樹脂との配合比が、前記混合粉末１００質量部に対して前記樹脂８〜１５質量部であることを特徴とする。

本発明の近傍界用電波吸収シートは、ＧＨｚ帯域から虚数部透磁率μ”の分布が立ち上がる。

以下、本発明の近傍界用電波吸収シートの実施形態について説明する。

本発明の一実施形態による近傍界用電波吸収シート（以下、単に「電波吸収シート」という。）は、偏平状の軟磁性金属粉末と、樹脂とを含む。そして、軟磁性金属粉末としては、ＦｅＣｏ合金粉末、ＦｅＮｉ合金粉末、またはＦｅＣｏＮｉ合金粉末を用いる。あるいは、軟磁性金属粉末として、これら３つの合金粉末と、Ｆｅ単体の粉末の計４種類の粉末のうち少なくとも２種類以上を混合した混合粉末を用いてもよい。

ここで、ＦｅＣｏ合金粉末の組成は、Ｆｅ_{１００−ｘ}Ｃｏ_ｘにおいて０．１≦ｘ≦４０とし、ＦｅＮｉ合金粉末の組成は、Ｆｅ_{１００−ｙ}Ｎｉ_ｙにおいて０．１≦ｙ≦４０とし、ＦｅＣｏＮｉ合金粉末の組成は、Ｆｅ_{１００−ｚ}（ＣｏＮｉ）_ｚにおいて０．１≦ｚ≦４０とすることが、本発明において肝要である。Ｆｅの一部を、Ｆｅよりも飽和磁化の低いＣｏ及び／又はＮｉで置換することにより、μ”分散の立ち上がりをＧＨｚ帯域にすることができる。ここで、置換比率ｘ，ｙ，ｚ（いずれも原子比率）を４０超えとすると、ＣｏまたはＮｉの特性が支配的となり、再びμ”分散の立ち上がりがＭＨｚ帯域となってしまう。そこで、本発明では、ｘ，ｙ，ｚは０．１〜４０の範囲とする。μ”分散の立ち上がりをよりＧＨｚ帯域とするためには、ｘ，ｙ，ｚを１０〜３５とすることが好ましく、２０〜３０とすることがより好ましい。なお、特に既述のない場合ＦｅＣｏＮｉ合金におけるｚの内訳は、Ｃｏ：Ｎｉ＝１：１である。

混合粉末とする場合の４種類の粉末の比率は特に限定されないが、μ”分散の立ち上がりをよりＧＨｚ帯域とするためには、３種類の合金粉末の合計を５０質量％以上とすることが好ましい。

以下、本実施形態の電波吸収シートの製造方法の一例を示す。

本実施形態の電波吸収シートの製造方法として、まずは、偏平状の軟磁性金属粉末と、樹脂と、有機溶媒とを混合してスラリーを作製する。

偏平状の粉末は、球形に近い原料粉末を機械的に加工することによって作製することができる。原料粉末は球形であることが好ましく、一般的な粉末合成方法であるガスアトマイズまたは水アトマイズによって得ることができる。原料粉末の平均粒径は１０〜７０μｍとすることが好ましい。偏平状の粉末面内の反磁界の影響が無視できるようになるために、偏平状の粉末のアスペクト比は１０以上とすることが好ましいところ、原料粉末の平均粒径が１０μｍ未満の場合、アスペクト比が大きな偏平状の粉末が得られにくく、原料粉末の平均粒径が７０μｍ超えの場合、偏平加工に長時間要するために非効率になるからである。偏平状の粉末のアスペクト比は大きいほど好ましいが、１０以上では粉末面内の反磁界減少効果が飽和する。偏平加工についてはボールミル、アトライタ、スタンプミルなどの機械加工にて行うことができる。

なお、本明細書において「平均粒径」は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径（５０％累積粒径：Ｄ５０）を意味する。また、「アスペクト比」は、ＳＥＭにて観察したときの、偏平状の軟磁性金属粉末の長さ／厚さの比の値を、視野中の１０個の粉末について平均した値を意味するものとする。

本実施形態では、ＳＥＭにて観察したときの、視野中の１０個の偏平状の軟磁性金属粉末の長さ平均は３０〜７０μｍ程度、厚さ平均は１〜２μｍ程度となる。軟磁性金属粉末は電気抵抗が低いため、ＧＨｚ帯域でのスキンデプス（電波の侵入深さ）を考えると、軟磁性金属粉末の厚さは２μｍ以下にすることが好ましい。なお、偏平加工によって粉末には残留応力が生じるため、それによる透磁率の低下を防ぐために、偏平加工後に、軟磁性金属粉末に対して不活性雰囲気中で焼鈍処理を行うことが好ましい。焼鈍条件は、例えば３００〜７００℃、１〜５時間とすることができる。

また、偏平加工した粉末表面に絶縁処理を目的としてとして自己酸化被膜または外部処理被膜を形成させることが好ましい。絶縁性を保つことができるのであれば被膜形成の手段や材質に制限はない。なお、酸化被膜は２０〜１００ｎｍの厚さが適当であり、自己酸化によって必要以上に酸化被膜を形成させた場合には基材となる磁性相の体積が減少するため、充分なμ”値を得ることができない。自己酸化による被膜形成方法としては大気中での加熱処理あるいは炭化水素系有機溶媒中での加熱処理が代表的な方法である。また、外部処理による被膜形成方法としてはディップコートやＣＶＤなどの気相法が挙げられる。

樹脂は、結合剤、可塑性の付与および軟磁性金属粉末同士の絶縁隔離といった機能がある。樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、セルロース樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニール樹脂、ポリブチラール樹脂などの、軟磁性金属粉末の分散性が高い任意の樹脂が挙げられ、樹脂材料の選定については目的に応じて適宜選定すればよい。ただし、シリコーン樹脂などの、軟磁性金属粉末の分散性が低い樹脂は好ましくない。スラリー中に軟磁性金属粉末が均一に分散しないと、後述のドクターブレード法によって、軟磁性金属粉末が水平配向にくく、充分なμ”値を得ることができず、μ”分散の立ち上がりを高周波にすることもできないからである。

軟磁性金属粉末と樹脂との配合比は、軟磁性金属粉末を１００質量部とした場合に樹脂を８〜１５質量部とすることが好ましい。樹脂が８質量部以上であれば、電波吸収シートの可塑性が失われることがない。また、樹脂が１５質量部以下であれば、シート成型時に偏平状の軟磁性金属粒子が水平に配向しやすいため、十分なμ”値を得ることができる。

有機溶媒としては特に限定されず、トルエン、酢酸ブチル、酢酸エチルなどを用いることができる。有機溶媒は後続の工程で蒸発し、電波吸収シートには含まれない。

次に、スラリーをドクターブレード法によりシート状に成形・乾燥して、成形体を作製する。このときの剪段応力によって偏平状の軟磁性金属粉末が互いに水平方向に配向する構造を得ることができる。

シート状の成形体は、偏平状の軟磁性金属粉末の配向性を高めるために、樹脂の軟化点以上（例えば５０〜１００℃程度）に加熱した状態でプレスを施すことが好ましい。得られる電波吸収シートの厚さは０．０５〜２ｍｍ程度とすることができる。

（実験例１）
ガスアトマイズにより、表１に示す組成の合金粉末を得た。平均粒径は４０〜５０μｍとした。それぞれの合金粉末をアトライタにて偏平加工し、平均厚さ０．５μｍかつアスペクト比２０とした。その後、残留応力を除去するために、Ａｒ雰囲気中にて５５０℃、５時間の焼鈍処理を行った。次に、上記粉末表面に自己酸化被膜を形成するために、大気中にて６０℃、８時間の酸化処理を施した。なお、表１中、ＦｅＣｏＮｉ合金におけるＣｏとＮｉとの比率は１：１である。

偏平状に加工された各合金粉末１００質量部、ポリブチラール樹脂（軟化点：約７０℃）１５質量部、および酢酸ブチル９０質量部を混合してスラリーを作製した。このスラリーをドクターブレード法によりシート状の成形体に加工し、８５℃下でプレスすることで厚さ１ｍｍの電波吸収シートを作製した。

また、各実施例・比較例で作製した電波吸収シートについて、ネットワークアナライザを用いたＳパラメータ法によって透磁率特性を測定した。虚数部透磁率μ”が立ち上がり始めた周波数を表１に示す。

表１から明らかなように、比較例１〜３ではμ”分散の立ち上がり周波数が１ＧＨｚ未満の低周波数であったのに対し、実施例１〜１５では、１ＧＨｚ以上であった。

（実験例２）
軟磁性金属粉末として複数の組成の粉末の混合粉末を用いて、実験例１と同様の実験を行った。まず、ＦｅＣｏ合金粉末、ＦｅＮｉ合金粉末、およびＦｅＣｏＮｉ合金粉末は、実施例１と同様の方法で作製、偏平加工、焼鈍、および酸化処理を行って得た。また、ガスアトマイズにより平均粒径６５μｍのＦｅ粉末を得た後、実験例１と同様の方法で、偏平加工、焼鈍、および酸化処理を行った。このようにして得た４種類の偏平状の粉末を表２に示す混合比で混合して、混合粉末を得た。

偏平状に加工された各混合粉末１００質量部、ポリブチラール樹脂（軟化点：約７０℃）１５質量部、および酢酸ブチル９０質量部を混合してスラリーを作製した。このスラリーをドクターブレード法によりシート状の成形体に加工し、８５℃下でプレスすることで厚さ１ｍｍの電波吸収シートを作製した。実験例１と同様の方法で測定した際の虚数部透磁率μ”が立ち上がり周波数を表２に示す。

表２から明らかなように、混合粉末を用いた実施例１６〜２０においても、μ”分散の立ち上がり周波数を１ＧＨｚ以上とすることができた。

本発明によれば、ＧＨｚ帯域から虚数部透磁率μ”の分布が立ち上がり、ＧＨｚ帯域以上の超高周波機器に対応する近傍界用電波吸収シートを提供することができる。

Claims (4)

1. 偏平状のＦｅＣｏ合金粉末と樹脂とを含み、
   前記ＦｅＣｏ合金粉末の組成が、Ｆｅ_100-xＣｏ_xにおいて０．１≦ｘ≦４０であり、
   前記ＦｅＣｏ合金粉末が、焼鈍処理と酸化処理を施されたものであり、
   前記ＦｅＣｏ合金粉末の表面に厚さ２０〜１００ｎｍの酸化皮膜が形成されており、
   前記ＦｅＣｏ合金粉末と前記樹脂との配合比が、前記ＦｅＣｏ合金粉末１００質量部に対して前記樹脂８〜１５質量部であることを特徴とする近傍界用電波吸収シート。
2. 偏平状のＦｅＮｉ合金粉末と樹脂とを含み、
   前記ＦｅＮｉ合金粉末の組成が、Ｆｅ_100-yＮｉ_yにおいて０．１≦ｙ≦４０であり、
   前記ＦｅＮｉ合金粉末が、焼鈍処理と酸化処理を施されたものであり、
   前記ＦｅＮｉ合金粉末の表面に厚さ２０〜１００ｎｍの酸化皮膜が形成されており、
   前記ＦｅＮｉ合金粉末と前記樹脂との配合比が、前記ＦｅＮｉ合金粉末１００質量部に対して前記樹脂８〜１５質量部であることを特徴とする近傍界用電波吸収シート。
3. 偏平状のＦｅＣｏＮｉ合金粉末と樹脂とを含み、
   前記ＦｅＣｏＮｉ合金粉末の組成が、Ｆｅ_100-z（ＣｏＮｉ）_zにおいて０．１≦ｚ≦４０であり、
   前記ＦｅＣｏＮｉ合金粉末が、焼鈍処理と酸化処理を施されたものであり、
   前記ＦｅＣｏＮｉ合金粉末の表面に厚さ２０〜１００ｎｍの酸化皮膜が形成されており、
   前記ＦｅＣｏＮｉ合金粉末と前記樹脂との配合比が、前記ＦｅＣｏＮｉ合金粉末１００質量部に対して前記樹脂８〜１５質量部であることを特徴とする近傍界用電波吸収シート。
4. 請求項１〜３における前記ＦｅＣｏ合金粉末、前記ＦｅＮｉ合金粉末、前記ＦｅＣｏＮｉ合金粉末、および偏平状のＦｅ粉末のうち少なくとも２種類以上を混合した混合粉末と、樹脂とを含み、
   前記混合粉末と前記樹脂との配合比が、前記混合粉末１００質量部に対して前記樹脂８〜１５質量部であることを特徴とする近傍界用電波吸収シート。