JP6280157B2 - 近傍界用ノイズ抑制シート - Google Patents

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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(ノイズ)を抑制するために使用される近傍界用ノイズ抑制シートに関する。
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ノイズに起因して、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や通信機器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(ノイズ)を熱に変換する近傍界用ノイズ抑制シートが機器などに実装されている。このノイズ抑制シートは厚さが0.1mm〜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、ノイズ抑制シートは電子機器や通信機器の小型化・軽量化に適応することができ、電子機器や通信機器のノイズ対策部品として広く用いられている。
典型的なノイズ抑制シートは、偏平状に加工された軟磁性合金粉末と有機結合剤からなり、軟磁性合金粉末の磁気共鳴による磁気損失によってノイズを熱に変換する仕組みである。よって、ノイズ抑制シートのノイズ抑制性能は、ノイズ抑制シートに含まれる軟磁性合金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、ノイズ抑制シートのように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」と称する。
特許文献1には、偏平状の軟磁性金属粉末と樹脂とを含む近傍界用電波吸収シートにおいて、軟磁性金属粉末として、FeCo合金粉末、FeNi合金粉末、またはFeCoNi合金粉末を用いることが記載されている。また、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とが記載されている。
特許第5700869号
近年、電子機器や通信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ノイズの周波数も高くなり、その電波ノイズ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帯域の電波ノイズを有効に吸収することができるように、ノイズ抑制シートのμ”分散はGHz帯域から立ち上がる必要がある。
また、ノイズ抑制効果はノイズ抑制シートの厚みに依存し、ノイズ抑制シートの厚みが厚いほどノイズ抑制効果は高くなる。一方で、近年における電子機器や通信機器の軽薄短小化は加速しており、携帯電話やタブレット端末などのノイズ対策に用いられるノイズ抑制シートについても薄肉化が求められている。そのため、ノイズ抑制シートの厚さが薄くてもGHz帯域において優れたノイズ抑制効果を発揮することができるように、ノイズ抑制シートのGHz帯域における透磁率、特にGHz帯域における虚数部透磁率μ”の値(以下、「μ”値」と称する。)をできる限り大きくする必要がある。
ここで、ノイズ抑制シートのμ”分散をGHz帯域から立ち上がらせるには、偏平状の軟磁性合金粉末を用いることによってノイズ抑制シートの磁気異方性を高める必要がある。しかしながら、一般に、磁気異方性が高くなるほどμ”値は小さくなる傾向にあるため、現状ではGHz帯域から虚数部透磁率μ”の分布が立ち上がり、かつ、ノイズ抑制シートの厚さが薄くてもGHz帯域におけるノイズを抑制するのに十分な大きさの虚数部透磁率μ”値を有するノイズ抑制シートを得ることができていない。特許文献1に記載の技術においても、μ”分散はGHz帯域から立ち上がっているが、ノイズ抑制シートの厚さが薄くても優れたノイズ抑制効果を発揮するためには、GHz帯域におけるμ”値のさらなる向上が求められる。
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”の分布が立ち上がり、かつ、ノイズ抑制シートの厚さが薄くてもGHz帯域におけるノイズを抑制するのに十分な大きさの虚数部透磁率μ”値を有する近傍界用ノイズ抑制シートを提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討したところ、近傍界用ノイズ抑制シートに用いる軟磁性合金粉末として、Mnの濃度が2質量%以上20質量%以下であるFeMn合金粉末を使用すれば、GHz帯域からμ”分散が立ち上がり、かつ、ノイズ抑制シートの厚さが薄くてもGHz帯域におけるノイズを抑制するのに十分な大きさの虚数部透磁率μ”値を得ることができるとの認識に至り、本発明を完成した。
本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
(1)有機物からなる基材と前記基材中に担持された偏平状のFeMn合金粉末とを含み、
前記FeMn合金粉末におけるMnの濃度が2質量%以上20質量%以下であることを特徴とする近傍界用ノイズ抑制シート。
(2)前記FeMn合金粉末において、20質量%以下のCo及びNiのうちから選択される1種以上の元素で前記Feが置換された、上記(1)に記載の近傍界用ノイズ抑制シート。
(3)前記FeMn合金粉末において、10質量%以下のSi及びAlのうちから選択される1種以上の元素で前記Feが置換された、上記(1)または(2)に記載の近傍界用ノイズ抑制シート。
(4)前記合金粉末の厚さの平均値が0.1μm以上1.5μm以下である、上記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の近傍界用ノイズ抑制シート。
(5)前記合金粉末のアスペクト比の平均値が10以上100以下である、上記(1)〜(4)のいずれか一つに記載の近傍界用ノイズ抑制シート。
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、かつ、ノイズ抑制シートの厚さが薄くてもGHz帯域におけるノイズを抑制するのに十分な大きさの虚数部透磁率μ”値を有する近傍界用ノイズ抑制シートを提供することができる。
以下、本発明の近傍界用ノイズ抑制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ノイズ抑制シート(以下、単に「ノイズ抑制シート」という。)は、有機物からなる基材と前記基材中に担持された偏平状のFeMn合金粉末とを含み、前記FeMn合金粉末におけるMnの濃度(x)が2質量%以上20質量%以下であり、Feの濃度が100−x質量%であることを特徴とする。このようにFeの一部をMnで置換し、しかもMnの質量%を2質量%以上20質量%以下とすることで、GHz帯域から虚数部透磁率μ”の分布が立ち上がり、かつ、ノイズ抑制シートの厚さが、例えば0.1mm以下のように従来のノイズ抑制シートに比べて薄い場合であっても、GHz帯域におけるノイズを抑制するのに十分な大きさの虚数部透磁率μ”値を得ることができる。また、MnはCoやNiよりも安価であるので、ノイズ抑制シートの製造コストを抑えることができる。なお、高周波におけるノイズ抑制効果をさらに高める観点からは、Mnの質量%を5質量%以上15質量%以下とすることが好ましい。
また、上記のFeMn合金粉末において、20質量%以下のCo及びNiのうちから選択される1種以上の元素で前記Feを置換してもよい。以下では、このような合金粉末を、Fe(Co,Ni)Mn合金粉末と称する。ここで、Co及びNiのうちから選択される1種以上の元素の添加量が20質量%を超えると、Fe(Co,Ni)Mn合金粉末の飽和磁化が低下することによりノイズ抑制シートの透磁率が低下するので、上限値を20質量%とする。
また、上記のFeMn合金粉末またはFe(Co,Ni)Mn合金粉末において、10質量%以下のSi及びAlのうちから選択される1種以上の元素で前記Feを置換してもよい。以下では、このような合金粉末を、それぞれFe(Si,Al)Mn合金粉末、Fe(Co,Ni,Si,Al)Mn合金粉末と称する。ここで、Si及びAlのうちから選択される1種以上の元素の添加量が10質量%を超えると、Fe(Si,Al)Mn合金粉末またはFe(Co,Ni,Si,Al)Mn合金粉末の飽和磁化が低下することによりノイズ抑制シートの透磁率が低下するので、上限値を10質量%とする。なお、SiやAlを添加することにより、例えば後述する絶縁処理における酸化絶縁膜の形成を促進させることができる。これにより合金粉末の電気抵抗が増大するので、電子機器等を構成する回路とノイズ抑制シートとの間でショートが起こりにくくなる。
さらに、偏平状の合金粉末として、上記のFeMn合金粉末、Fe(Co,Ni)Mn合金粉末、Fe(Si,Al)Mn合金粉末、Fe(Co,Ni,Si,Al)Mn合金粉末、および偏平状のFe粉末の少なくとも2種以上を混合してなる混合粉末を用いることもできる。混合粉末とする場合の5種類の粉末の比率は特に限定されないが、GHz帯域から虚数部透磁率μ”の分布が立ち上がり、かつ、ノイズ抑制シートの厚さが薄くてもGHz帯域におけるノイズを抑制するのに十分な大きさの虚数部透磁率μ”値を得るためには、4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、本実施形態のノイズ抑制シートの製造方法の一例を示す。
本実施形態のノイズ抑制シートの製造方法として、まずは、偏平状の合金粉末と、有機物と、有機溶媒とを混合してスラリーを作製する。
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。原料粉末の平均粒径が10μm未満の場合、後述するアスペクト比(=直径/厚さ)が大きな偏平状の合金粉末が得られにくく、また、原料粉末の平均粒径が70μm超えの場合、後述する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。
偏平状の合金粉末は、上記の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。ここで、GHz帯域での磁気共鳴を発現させるために必要な表皮深さを得る観点から、偏平状の合金粉末の厚さの平均値が0.1μm以上1.5μm以下となるように偏平加工することが好ましい。また、偏平状の合金粉末のアスペクト比の平均値が10以上100以下となるように偏平加工することが好ましい。アスペクト比の平均値を10以上とすることによって、偏平状の合金粉末面内の反磁界の影響を無視することができるようになる。また、アスペクト比の平均値を100以下とすることによって、成膜時に偏平状の合金粉末の水平配向性がよくなり、平坦な表面を有するノイズ抑制シートを得ることができる。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公知または任意の機械加工にて行うことができる。なお、偏平加工によって合金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、合金粉末に対して窒素やアルゴンなどの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200〜500℃の温度で、0.5〜5時間とすることができる。
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、「厚さの平均値」は、走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察したときの、偏平状の合金粉末の厚さの値を、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し、「アスペクト比の平均値」は、SEMにて観察したときの、偏平状の合金粉末の長さ/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。
また、偏平加工した合金粉末の表面に絶縁処理を施すことを目的として、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、十分な大きさの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また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。なお、上記絶縁処理と上記焼鈍処理の順序は特に制限されない。
基材を構成する有機物としては、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任意の樹脂系材料や、シリコーンゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、ポリビニルアルコール樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂などの任意のゴム系材料や、不織布、ポリエステル繊維、アクリル繊維などの任意の繊維系材料が挙げられ、有機物の選定については目的に応じて適宜選定すればよい。これらの有機物は、結合性・可塑性の付与および合金粉末同士の絶縁隔離といった機能を有する。また、ノイズ抑制シートの柔軟性を高めるために、必要に応じてフタル酸ジオクチルなどの可塑剤を添加することもできる。また、軟磁性合金粉末と有機物との馴染みを向上させるために、シランカップリング剤などの表面改質剤を添加することができる。さらに、難燃性を得るために、必要に応じて水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、赤リンなどの難燃剤を添加することもできる。
偏平状の合金粉末と有機物との配合比は、偏平状の合金粉末を100質量部とした場合に有機物を8〜30質量部とすることが好ましい。有機物が8質量部以上であれば、ノイズ抑制シートの可塑性が失われることがない。また、有機物が30質量部以下であれば、シート成型時に偏平状の合金粉末が水平に配向しやすいため、十分な大きさの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するので、ノイズ抑制シートには含まれない。
次に、偏平状の合金粉末と有機物と有機溶媒とからなるスラリーをドクターブレード法にてシート状に成型・乾燥して、成型体を作製する。この成型体は、偏平状の合金粉末が有機物からなる基材中に担持された構造を有しており、さらに、上記成型時の剪段応力によって偏平状の合金粉末は互いに水平方向に配向している。ここで、ノイズ抑制シートの成型方法としてはドクターブレード法の他にもカレンダーロール法などの公知又は任意の方法を用いることもできるが、厚さ0.1mm以下のノイズ抑制シートを作製するにはドクターブレード法などの塗工法式を用いることが好ましい。
シート状の成型体は、偏平状の合金粉末の配向性を高めるために、有機物の軟化点以上(例えば60〜150℃程度)に加熱した状態でプレスを施すことが好ましい。得られるノイズ抑制シートの厚さは、0.05mm〜0.1mm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FeMn合金粉末を得た。平均粒径は40〜50μmとした。次に、それぞれの合金粉末をアトライタにて偏平加工し、偏平状の合金粉末を得た。偏平状の合金粉末の厚さ及びアスペクト比の平均値を表1に示す。なお、合金粉末の厚さ及びアスペクト比の平均値については、後述する方法によって作製した各ノイズ抑制シートの厚さ方向の断面のイオンミリング研磨面をSEMにて観察し、その撮影像から既述の方法にて計測した。次に、上記合金粉末の表面に自己酸化被膜を形成するために、大気中にて80℃、1時間の酸化処理を行った後に、300℃、1時間の焼鈍処理を行った。
次に、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℃)20質量部、および酢酸ブチル50質量部を混合してスラリーを作製した。次に、ドクターブレード法により、ポリエチレンテレフタラートのフィルム上で、このスラリーをシート状の成型体に加工した。その後、10MPaの圧力下で100℃、1分間の加熱プレスを施すことで、厚さ0.05mmのノイズ抑制シートを作製した。
各実施例・比較例で作製したノイズ抑制シートについて、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および5GHzにおける虚数部透磁率μ”値の大きさを表1に示す。
Figure 0006280157
表1から明らかなように、比較例1,2では、5GHzにおけるμ”値は5.0未満であったのに対し、実施例1〜4では、5GHzにおけるμ”値は5.0を超えていた。これらの実施例に示すように、5GHzにおけるμ”値が5.0以上あれば、軽薄短小化・高周波化する近年の電子機器などにおいて発生するノイズを効果的に抑制させることができる。
(実験例2)
ガスアトマイズにより、表2に示す組成のFe(Co,Ni)Mn合金粉末を得た。平均粒径は40〜50μmとした。次に、それぞれの合金粉末をアトライタにて偏平加工し、偏平状の合金粉末を得た。偏平状の合金粉末の厚さ及びアスペクト比の平均値を表2に示す。なお、合金粉末の厚さ及びアスペクト比の平均値については、実験例1と同様の方法で計測した。次に、上記合金粉末の表面に自己酸化被膜を形成するために、大気中にて80℃、1時間の酸化処理を行った後に、300℃、1時間の焼鈍処理を行った。
次に、偏平状に加工された各合金粉末100質量部、アクリルゴム(軟化点:約70℃)20質量部、およびメチルエチルケトン50質量部を混合してスラリーを作製した。次に、ドクターブレード法により、ポリエチレンテレフタラートのフィルム上で、このスラリーをシート状の成型体に加工した。その後、10MPaの圧力下で100℃、1分間の加熱プレスを施すことで厚さ0.1mmのノイズ抑制シートを作製した。実験例1と同様の方法で測定した際の虚数部透磁率μ”が立ち上がり始めた周波数および5GHzにおける虚数部透磁率μ”値の大きさを表2に示す。
Figure 0006280157
表2から明らかなように、比較例3〜8では、5GHzにおけるμ”値は5.0未満であったのに対し、実施例5〜16では、5GHzにおけるμ”値は5.0を超えていた。さらに、実施例8,12,16に示すように、15質量%以上のCo,NiでFeを置換した場合であっても、Mnが2質量%以上20質量%以内である限り、5GHzにおけるμ”値は5.0を上回っていた。これらの実施例に示すように、5GHzにおけるμ”値が5.0以上あれば、軽薄短小化・高周波化する近年の電子機器などにおいて発生するノイズを効果的に抑制させることができる。
(実験例3)
ガスアトマイズにより、表3に示す組成のFe(Si,Al)Mn合金粉末を得た。平均粒径は40〜50μmとした。次に、それぞれの合金粉末をアトライタにて偏平加工し、偏平状の合金粉末を得た。偏平状の合金粉末の厚さ及びアスペクト比の平均値を表3に示す。なお、合金粉末の厚さ及びアスペクト比の平均値については、実験例1と同様の方法で計測した。次に、上記合金粉末の表面に自己酸化被膜を形成するために、大気中にて80℃、1時間の酸化処理を行った後に、300℃、1時間の焼鈍処理を行った。
次に、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℃)20質量部、および酢酸ブチル50質量部を混合してスラリーを作製した。次に、ドクターブレード法により、ポリエチレンテレフタラートのフィルム上で、このスラリーをシート状の成型体に加工した。その後、10MPaの圧力下で100℃、1分間の加熱プレスを施すことで厚さ0.1mmのノイズ抑制シートを作製した。実験例1と同様の方法で測定した際の虚数部透磁率μ”が立ち上がり始めた周波数および5GHzにおける虚数部透磁率μ”値の大きさを表3に示す。
Figure 0006280157
表3から明らかなように、比較例9〜12では、5GHzにおけるμ”値は5.0未満であったのに対し、実施例17〜27では、5GHzにおけるμ”値は5.0を超えていた。さらに、実施例20,24に示すように、5質量%以上のSi,AlでFeを置換した場合であっても、Mnが2質量%以上20質量%以内である限り、5GHzにおけるμ”値は5.0を上回っていた。これらの実施例に示すように、5GHzにおけるμ”値が5.0以上あれば、軽薄短小化・高周波化する近年の電子機器などにおいて発生するノイズを効果的に抑制させることができる。
(実験例4)
ガスアトマイズにより、表4に示す組成のFe(Co,Ni,Si,Al)Mn合金粉末を得た。平均粒径は40〜50μmとした。次に、それぞれの合金粉末をアトライタにて偏平加工し、偏平状の合金粉末を得た。偏平状の合金粉末の厚さ及びアスペクト比の平均値を表4に示す。なお、合金粉末の厚さ及びアスペクト比の平均値については、実験例1と同様の方法で計測した。次に、上記合金粉末の表面に自己酸化被膜を形成するために、大気中にて80℃、1時間の酸化処理を行った後に、300℃、1時間の焼鈍処理を行った。
次に、偏平状に加工された各合金粉末100質量部、アクリルゴム(軟化点:約70℃)20質量部、およびメチルエチルケトン50質量部を混合してスラリーを作製した。次に、ドクターブレード法により、ポリエチレンテレフタラートのフィルム上で、このスラリーをシート状の成型体に加工した。その後、10MPaの圧力下で100℃、1分間の加熱プレスを施すことで、厚さ0.05mmのノイズ抑制シートを作製した。実験例1と同様の方法で測定した際の虚数部透磁率μ”が立ち上がり始めた周波数および5GHzにおける虚数部透磁率μ”値の大きさを表4に示す。
Figure 0006280157
表4から明らかなように、比較例13〜17では、5GHzにおけるμ”値は5.0未満であったのに対し、実施例28〜39では、5GHzにおけるμ”値は5.0を超えていた。さらに、実施例31,35,39に示すように、15質量%以上のCo,Niまたは5質量%以上のSi,AlでFeを置換した場合であっても、Mnが2質量%以上20質量%以内である限り、5GHzにおけるμ”値は5.0を上回っていた。これらの実施例に示すように、5GHzにおけるμ”値が5.0以上あれば、軽薄短小化・高周波化する近年の電子機器などにおいて発生するノイズを効果的に抑制させることができる。
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、かつ、ノイズ抑制シートの厚さが薄くてもGHz帯域におけるノイズを抑制するのに十分な大きさの虚数部透磁率μ”値を有する近傍界用ノイズ抑制シートを提供することができる。

Claims (5)

  1. 有機物からなる基材と前記基材中に担持された偏平状のFeMn合金粉末とを含み、
    前記FeMn合金粉末におけるMnの濃度が2質量%以上20質量%以下であることを特徴とする近傍界用ノイズ抑制シート。
  2. 前記FeMn合金粉末において、20質量%以下のCo及びNiのうちから選択される1種以上の元素で前記Feが置換された、請求項1に記載の近傍界用ノイズ抑制シート。
  3. 前記FeMn合金粉末において、10質量%以下のSi及びAlのうちから選択される1種以上の元素で前記Feが置換された、請求項1または2に記載の近傍界用ノイズ抑制シート。
  4. 前記合金粉末の厚さの平均値が0.1μm以上1.5μm以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の近傍界用ノイズ抑制シート。
  5. 前記合金粉末のアスペクト比の平均値が10以上100以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の近傍界用ノイズ抑制シート。
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