JP6598809B2 - 電波吸収体、その製造方法及び高周波モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、電波吸収体、その製造方法及び高周波モジュールに関する。
電子機器の分野では、小型化・高性能化を図るため、高周波化・高密度化が進んでおり、機器の誤動作の要因となる電磁ノイズ対策が重要な課題となっている。特に、高周波機器では、実装された半導体素子や回路導体を保護するとともに、外部回路との相互干渉を防止する目的で、高周波回路を金属ケースに収容した構造を採っている。そのため、金属ケース内で発生した高周波ノイズが、金属ケース内のキャビティサイズに応じた固有の周波数で共振を起こし、金属ケース内の電磁干渉による回路の誤動作等の不具合を引き起こすことがある。これらの金属ケース内での電磁干渉を抑制するために、金属ケース内に磁性材料を用いた電波吸収体を設置し、電波吸収体の磁性損失によって金属ケース内で発生した不要電波（高周波ノイズ）を吸収する方法が採られている。
一般に、電波吸収体の材料としては、スピネル型のフェライト材料が多く用いられている。スピネル型のフェライト材料は、高周波側での透磁率が小さく、メガヘルツ（ＭＨｚ）帯の電波の吸収には有効であっても、ギガヘルツ（ＧＨｚ）帯の電波に対しては十分な吸収性能を有していない。そのため、スピネル型のフェライト材料は、ギガヘルツ帯で動作する高周波機器の電波吸収体としては適していない。特に、高周波通信用途で利用される２０ＧＨｚ帯において、スピネル型のフェライト材料は、電波吸収体としての高周波ノイズ抑制効果が期待できない。
そこで、特許文献１には、ギガヘルツ帯に対応した電波吸収体の材料として、マグネトプランバイト型六方晶フェライトが提案されている。また、特許文献２には、マグネトプランバイト型六方晶フェライトの結晶粒子を一方向に配向させることで、特定方向の透磁率が高く、電波吸収性能に異方性があるフェライト焼結体が提案されている。
しかしながら、特許文献１で提案されたマグネトプランバイト型六方晶フェライトを用いた電波吸収体は、電波吸収性能に影響する焼結体構造や結晶配向に関する思想が無いため、電子機器に搭載した際に、十分な電波吸収性能を発揮しない場合がある。また、特許文献２に記載のマグネトプランバイト型六方晶フェライトは、結晶粒子を一方向に配向させることで、電波吸収性能に異方性を持たせているため、金属ケース内で電波が反射し、様々な方向から電波吸収体に入射する用途では、十分な電波吸収性能を発揮しない場合があるという問題があった。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ギガヘルツ帯（２０ＧＨｚ帯）での電波吸収性能に優れ、且つ電波吸収性能に異方性が無く、様々な方向から入射した電波を吸収可能な電波吸収体及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、金属ケース内で発生した高周波ノイズによる誤動作等を防止可能な高周波モジュールを提供することを目的とする。
また、本発明は、金属ケース内で発生した高周波ノイズによる誤動作等を防止可能な高周波モジュールを提供することを目的とする。
磁性体を用いた電波吸収体は、磁性損失による電波の吸収効果を利用している。そのため、電波吸収体には、目的の周波数帯（吸収したいノイズの周波数帯）で大きな磁性損失を有することが要求される。また、電波吸収体の電波吸収性能に異方性がある場合、特定方向から入射した電波を吸収する効果を発揮するが、その他の方向から入射した電波を吸収する効果は期待できない。そのため、高周波モジュールの金属ケース内に電波吸収体を設置する場合のように、様々な方向から電波が入射する場合には、十分な電波吸収性能を発揮できない。
そこで、本発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究した結果、電波吸収体を特定の組成を有するマグネトプランバイト型（以下、Ｍ型と略記する）六方晶フェライトとすることで、ギガヘルツ帯で優れた電波吸収性能を有するとともに、Ｍ型六方晶フェライトの結晶粒子を特定方向に配向させることなく焼結させることで、様々な方向から入射した電波に対して優れた電波吸収性能を発揮できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は、組成式：ＢａＦｅ１２−Ｘ（Ｔｉ０．５Ｃｕ０．５）ＸＯ１９（式中、Ｘは２．５以上３．５以下である）のＭ型六方晶フェライトの焼結体からなり、且つＬｏｔｇｅｒｉｎｇ法で評価したフェライト結晶粒子の配向度が０．２以下であることを特徴とする電波吸収体である。
また、本発明は、高周波回路を収容する金属ケースの内側に、上記電波吸収体を備えることを特徴とする高周波モジュールである。
更に、本発明は、原料粉末である炭酸バリウム粉末と酸化鉄粉末と酸化チタン粉末と酸化銅粉末とを混合することにより、組成式：ＢａＦｅ１２−Ｘ（Ｔｉ０．５Ｃｕ０．５）ＸＯ１９（式中、Ｘは２．５以上３．５以下である）のＭ型六方晶フェライトが生成するように成分調整した原料粉末混合物を調製する工程と、前記原料粉末混合物を結合剤とともに混合して造粒物を調製する工程と、前記造粒物を加圧成形して成形体を調製する工程と、前記成形体を焼成することにより、Ｍ型六方晶フェライトの焼結体を調製する工程とを含むことを特徴とする電波吸収体の製造方法である。
また、本発明は、高周波回路を収容する金属ケースの内側に、上記電波吸収体を備えることを特徴とする高周波モジュールである。
更に、本発明は、原料粉末である炭酸バリウム粉末と酸化鉄粉末と酸化チタン粉末と酸化銅粉末とを混合することにより、組成式：ＢａＦｅ１２−Ｘ（Ｔｉ０．５Ｃｕ０．５）ＸＯ１９（式中、Ｘは２．５以上３．５以下である）のＭ型六方晶フェライトが生成するように成分調整した原料粉末混合物を調製する工程と、前記原料粉末混合物を結合剤とともに混合して造粒物を調製する工程と、前記造粒物を加圧成形して成形体を調製する工程と、前記成形体を焼成することにより、Ｍ型六方晶フェライトの焼結体を調製する工程とを含むことを特徴とする電波吸収体の製造方法である。
本発明によれば、ギガヘルツ帯での電波吸収性能に優れ、且つ電波吸収性能に異方性が無く、様々な方向から入射した電波を吸収可能な電波吸収体を提供することができる。また、本発明によれば、ギガヘルツ帯での高周波ノイズによる誤動作等の不具合が発生しない高周波モジュールを提供することができる。更に、本発明によれば、ギガヘルツ帯での電波吸収性能に優れ、且つ電波吸収性能に異方性が無く、様々な方向から入射した電波を吸収可能な電波吸収体を、高い生産性で製造する方法を提供することができる。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電波吸収体の断面模式図である。図１に示されるように、実施の形態１に係る電波吸収体１は、Ｍ型六方晶フェライトの鉄の一部をチタン及び銅で置換した組成を有する板状の結晶粒子２が互いにランダムな方向を向いて焼結したＭ型六方晶フェライトの焼結体からなる。
一般に、磁性体からなる電波吸収体は、入射した電波を磁性損失により熱に変換することで電波を吸収する。このとき磁性損失が極大を持つ周波数帯域が、電波吸収体の吸収周波数帯域となる。母物質のＭ型六方晶フェライト（ＢａＦｅ１２Ｏ１９）は、理論的には４８ＧＨｚ帯の高い周波数帯に吸収周波数帯域を有している。このＭ型六方晶フェライトの鉄の一部を遷移金属で置換することで、吸収周波数帯域を制御することができる。実施の形態１に係る電波吸収体を構成するＭ型六方晶フェライトは、鉄の一部をチタン及び銅で置換することで、２０ＧＨｚ帯に吸収周波数帯域を有しており、優れた電波吸収性能を有している。また、Ｍ型六方晶フェライトは、バリウム（Ｂａ）、鉄（Ｆｅ）及び酸素（Ｏ）の各原子が六角柱形状に配列した結晶構造を有しており、結晶構造の六角形面（Ｃ面）に垂直な方向に大きな電波吸収性能を有する性質も持っている。更に、焼成によって、六角形面（Ｃ面）に平行な方向に結晶成長し易く、板状の結晶粒子になる性質を有している。そのため、Ｍ型六方晶フェライトの板状結晶粒子は、電波吸収性能に異方性があり、特定の方向に配向した状態で焼結すると、特定の方向以外から入射した電波を吸収しない。実施の形態１に係る電波吸収体は、Ｍ型六方晶フェライトの板状結晶粒子を互いにランダムな方向に向いた状態で焼結させることで、様々な方向から入射した電波を吸収することが可能となっている。
図１は、実施の形態１に係る電波吸収体の断面模式図である。図１に示されるように、実施の形態１に係る電波吸収体１は、Ｍ型六方晶フェライトの鉄の一部をチタン及び銅で置換した組成を有する板状の結晶粒子２が互いにランダムな方向を向いて焼結したＭ型六方晶フェライトの焼結体からなる。
一般に、磁性体からなる電波吸収体は、入射した電波を磁性損失により熱に変換することで電波を吸収する。このとき磁性損失が極大を持つ周波数帯域が、電波吸収体の吸収周波数帯域となる。母物質のＭ型六方晶フェライト（ＢａＦｅ１２Ｏ１９）は、理論的には４８ＧＨｚ帯の高い周波数帯に吸収周波数帯域を有している。このＭ型六方晶フェライトの鉄の一部を遷移金属で置換することで、吸収周波数帯域を制御することができる。実施の形態１に係る電波吸収体を構成するＭ型六方晶フェライトは、鉄の一部をチタン及び銅で置換することで、２０ＧＨｚ帯に吸収周波数帯域を有しており、優れた電波吸収性能を有している。また、Ｍ型六方晶フェライトは、バリウム（Ｂａ）、鉄（Ｆｅ）及び酸素（Ｏ）の各原子が六角柱形状に配列した結晶構造を有しており、結晶構造の六角形面（Ｃ面）に垂直な方向に大きな電波吸収性能を有する性質も持っている。更に、焼成によって、六角形面（Ｃ面）に平行な方向に結晶成長し易く、板状の結晶粒子になる性質を有している。そのため、Ｍ型六方晶フェライトの板状結晶粒子は、電波吸収性能に異方性があり、特定の方向に配向した状態で焼結すると、特定の方向以外から入射した電波を吸収しない。実施の形態１に係る電波吸収体は、Ｍ型六方晶フェライトの板状結晶粒子を互いにランダムな方向に向いた状態で焼結させることで、様々な方向から入射した電波を吸収することが可能となっている。
実施の形態１に係る電波吸収体の組成は、式：ＢａＦｅ１２−Ｘ（Ｔｉ０．５Ｃｕ０．５）ＸＯ１９で表され、上記式におけるＸが２．５以上３．５以下である。上記式におけるＸが上記の範囲となる組成にすることで、吸収周波数帯域を２０ＧＨｚ帯に制御することが可能となる。Ｘが２．５未満である場合及びＸが３．５超である場合には、吸収周波数帯域が大幅にずれ、２０ＧＨｚ帯での吸収効果を有しない。
先に説明したように、実施の形態１に係る電波吸収体１は、Ｍ型六方晶フェライトの板状結晶粒子２が互いにランダムな方向を向いて焼結した焼結体からなる。このとき、Ｍ型六方晶フェライトの結晶粒子の配向は、Ｘ線回折を用いた下記のＬｏｔｇｅｒｉｎｇ法によって評価することができる。本発明における電波吸収体の結晶配向面を（００ｌ）面とすると、Ｌｏｔｇｅｒｉｎｇ法による配向度（ｆ値）は、電波吸収体の厚み方向に垂直な面からＸ線回折により得られたＩ（ｈｋｌ）ピーク強度をそれぞれ求め、これらのピーク強度の和に対し、Ｉ（００ｌ）の割合を示し、以下の式で与えられるｆで算出される。
ｆ＝（Ｐ−Ｐ０）／（１−Ｐ０）
ここで、ＰはＰ＝ΣＩ（００ｌ）／ΣＩ（ｈｋｌ）で表され、配向試料から得られたピーク強度である。Ｐ０はＰ０＝ΣＩ０（ｘｙｚ）／ΣＩ０（ｈｋｌ）で表され、無配向試料から得られるピーク強度である。Ｍ型六方晶フェライトではＰ０＝０．０５を用いる。実施の形態１に係る電波吸収体におけるフェライト結晶粒子の配向度（ｆ値）は０．２以下であり、フェライト結晶粒子が比較的ランダムに焼結していることを示す。なお、フェライト結晶粒子が完全にランダムになっている場合には、上記の配向度（ｆ値）は０になるが、実際の製造上は、完全にランダムにすることは困難である。しかしながら、上記の配向度（ｆ値）が０．２以下であれば、電波吸収性能が劣化することは無く、十分な電波吸収性能を発揮することが可能となる。一方、上記の配向度（ｆ値）が０．２を超えて大きくなるほど、電波吸収性能に異方性が生じ、特定方向から入射した電波のみを吸収し、その他の方向から入射した電波を吸収しない性質が強くなる。そのため、配向度（ｆ値）が０．２を超える電波吸収体は、様々な方向から電波が入射するような用途において、十分な電波吸収性能を発揮しない。製造のし易さ及び電波吸収性能の観点から、フェライト結晶粒子の配向度（ｆ値）は、好ましくは０．０４以上０．１５以下である。
ｆ＝（Ｐ−Ｐ０）／（１−Ｐ０）
ここで、ＰはＰ＝ΣＩ（００ｌ）／ΣＩ（ｈｋｌ）で表され、配向試料から得られたピーク強度である。Ｐ０はＰ０＝ΣＩ０（ｘｙｚ）／ΣＩ０（ｈｋｌ）で表され、無配向試料から得られるピーク強度である。Ｍ型六方晶フェライトではＰ０＝０．０５を用いる。実施の形態１に係る電波吸収体におけるフェライト結晶粒子の配向度（ｆ値）は０．２以下であり、フェライト結晶粒子が比較的ランダムに焼結していることを示す。なお、フェライト結晶粒子が完全にランダムになっている場合には、上記の配向度（ｆ値）は０になるが、実際の製造上は、完全にランダムにすることは困難である。しかしながら、上記の配向度（ｆ値）が０．２以下であれば、電波吸収性能が劣化することは無く、十分な電波吸収性能を発揮することが可能となる。一方、上記の配向度（ｆ値）が０．２を超えて大きくなるほど、電波吸収性能に異方性が生じ、特定方向から入射した電波のみを吸収し、その他の方向から入射した電波を吸収しない性質が強くなる。そのため、配向度（ｆ値）が０．２を超える電波吸収体は、様々な方向から電波が入射するような用途において、十分な電波吸収性能を発揮しない。製造のし易さ及び電波吸収性能の観点から、フェライト結晶粒子の配向度（ｆ値）は、好ましくは０．０４以上０．１５以下である。
電波吸収体の大きさは、用途に応じて適宜変更すればよい。電波吸収体を構成する焼結体の厚みは、好ましくは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲である。焼結体の厚みが上記範囲内であれば、取扱い性が向上し、且つ電波吸収性能もより向上するため好ましい。
また、焼結体の空隙率は、電波吸収体の機械強度と関連している。即ち、焼結体の空隙率が３０％を超えると、焼結体内部で空隙同士が繋がり、結果として電波吸収体の機械強度が低下する。そのため、焼結体の空隙率が３０％を超える電波吸収体では、高周波モジュールに設置した場合に、電波吸収体に割れやクラック等が生じやすくなり、その結果、電波吸収体の脱落が生じる可能性がある。従って、焼結体の空隙率は、所望の機械強度を得る観点から、３０％以下であることが好ましく、５％〜２９％であることがより好ましい。
ここで、本明細書において、電波吸収体を構成する焼結体の「空隙率」は、直方体形状の焼結体の重量及び寸法（縦、横、高さ）の測定値を用い、下記式から算出することができる。
空隙率＝｛１−［ＷＴ乾燥／（Ｌ×Ｗ×Ｈ）／ρ理論］｝×１００
上記式中、ＷＴ乾燥は、１５０℃で２時間乾燥させた後の焼結体の重量（ｇ）であり、Ｌ、Ｗ及びＨはそれぞれ、直方体形状の焼結体の縦（ｃｍ）、横（ｃｍ）及び高さ（ｃｍ）であり、ρ理論は、焼結体の理論密度（ｇ／ｃｍ３）である。
空隙率＝｛１−［ＷＴ乾燥／（Ｌ×Ｗ×Ｈ）／ρ理論］｝×１００
上記式中、ＷＴ乾燥は、１５０℃で２時間乾燥させた後の焼結体の重量（ｇ）であり、Ｌ、Ｗ及びＨはそれぞれ、直方体形状の焼結体の縦（ｃｍ）、横（ｃｍ）及び高さ（ｃｍ）であり、ρ理論は、焼結体の理論密度（ｇ／ｃｍ３）である。
次に、実施の形態１に係る電波吸収体の製造方法について説明する。以下、図２のフローチャートを参照しつつ、電波吸収体の製造工程の一例を説明する。
まず、原料粉末である炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）粉末と酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）粉末と酸化チタン（ＴｉＯ２）粉末と酸化銅（ＣｕＯ）粉末とを混合することにより、組成式：ＢａＦｅ１２−Ｘ（Ｔｉ０．５Ｃｕ０．５）ＸＯ１９（式中、Ｘは２．５以上３．５以下である）のＭ型六方晶フェライトが生成するように成分調整した原料粉末混合物を調製する（Ｓ１）。原料粉末混合物を調製する際の混合方法は、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行うことができる。混合方法としては、例えば、ライカイ機を用いた方法、乾式アトライタを用いた方法、乾式ミキサーを用いた方法等が挙げられる。
まず、原料粉末である炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）粉末と酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）粉末と酸化チタン（ＴｉＯ２）粉末と酸化銅（ＣｕＯ）粉末とを混合することにより、組成式：ＢａＦｅ１２−Ｘ（Ｔｉ０．５Ｃｕ０．５）ＸＯ１９（式中、Ｘは２．５以上３．５以下である）のＭ型六方晶フェライトが生成するように成分調整した原料粉末混合物を調製する（Ｓ１）。原料粉末混合物を調製する際の混合方法は、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行うことができる。混合方法としては、例えば、ライカイ機を用いた方法、乾式アトライタを用いた方法、乾式ミキサーを用いた方法等が挙げられる。
原料粉末である炭酸バリウム粉末、酸化鉄粉末、酸化チタン粉末及び酸化銅粉末の平均粒径は、特に限定されないが、０．０５μｍ以上８μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましい。特に、上記各原料粉末の平均粒径が０．０５μｍ未満であると、原料粉末が、強固に凝集してしまうため、混合後に均一に分散させることが困難となる場合がある。一方、上記各原料粉末の平均粒径が８μｍ超であると、焼成工程でのＭ型六方晶フェライトの生成反応が進行しにくくなる可能性がある。なお、本明細書において、原料粉末の平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置で測定した値である。
続いて、Ｓ１で得られた原料粉末混合物、結合剤及び水を混合してスラリーを調製する（Ｓ２）。原料粉末の分散性を向上させる目的で、分散剤をスラリーに添加してもよい。スラリーを調製する際の混合方法は、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行うことができる。混合方法としては、例えば、ニーダー、ボールミル、遊星ボールミル、混練ミキサー、ビーズミル等を用いた方法が挙げられる。なお、原料粉末混合物を調製する（Ｓ１）工程を経ずに、スラリーの調製工程（Ｓ２）において、原料粉末を結合剤及び水と混合してもよい。
結合剤としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。結合剤の例としては、アクリル系、セルロース系、ポリビニルアルコール系、ポリビニルアセタール系、ウレタン系、酢酸ビニル系等の樹脂が挙げられる。これらの結合剤は、単独で用いてもよいし、又は２種以上を用いてもよい。結合剤の添加量は、特に限定されないが、原料粉末混合物１００質量部に対して、０．５質量部以上５質量部以下であることが好ましい。
水としては、特に限定されず、純水、ＲＯ水、脱イオン水などを用いることができる。水の添加量は、後述の造粒方法に適したスラリー物性となるように適宜調整すればよい。
水としては、特に限定されず、純水、ＲＯ水、脱イオン水などを用いることができる。水の添加量は、後述の造粒方法に適したスラリー物性となるように適宜調整すればよい。
分散剤としては、水系スラリーに使用可能なものであれば特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。分散剤の例としては、アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、ポリカルボン酸系、アルキルベンゼンスルフォン酸塩、反応性界面活性剤、脂肪酸塩、ナフタレンスルフォン酸ホルマリン縮合物などの陰イオン性界面活性剤；アルキルアミン塩、第四級アンモニウム塩、両性界面活性剤であるアルキルベタイン、アルキルアミンオキサイドなどの陽イオン性界面活性剤；ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレン誘導体、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸ヒマシ油、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルアルカノールアミドなどの非イオン性界面活性剤が挙げられる。これらの分散剤は、単独で用いてもよいし、又は２種以上を用いてもよい。
次に、Ｓ２で得られたスラリーから造粒物を調製する（Ｓ３）。造粒方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行うことができる。造粒方法としては、例えば、スラリーをスプレードライヤー等により噴霧乾燥させる方法が挙げられる。噴霧乾燥の条件は、使用する機器に応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。噴霧乾燥では、比較的シャープな粒度分布を有する造粒物が得られるので好ましい。造粒物の平均粒径は、特に限定されないが、３０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。造粒物の平均粒径が上記範囲内であれば、造粒粉の流動性が良好になり、成形体製造時の成形性が向上するため好ましい。なお、本明細書において、造粒物の平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置で測定した値である。
なお、上記で説明した造粒物を調製する方法の他に、水を使用しない乾式法により造粒物を調製することもできる。具体的には、炭酸バリウム粉末と酸化鉄粉末と酸化チタン粉末と酸化銅粉末とを混合している途中で結合剤を添加し、原料粉末の混合と造粒を同時に行うことにより造粒物を調製する。ここでの結合剤の添加量も、特に限定されないが、炭酸バリウム粉末と酸化鉄粉末と酸化チタン粉末と酸化銅粉末との合計１００質量部に対して、０．５質量部以上５質量部以下であることが好ましい。
次に、Ｓ３で得られた造粒物を所望の形状（例えば、直方体）を有する金型に充填し、加圧成形して成形体を調製する（Ｓ４）。加圧成形方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行うことができる。加圧成形方法の例としては、ＣＩＰ成形法、ＷＩＰ成形法、一軸加圧成形法等が挙げられる。加圧成形時の圧力は、結合剤の種類及び含有量、造粒物の平均粒径、使用する装置等に応じて適宜調整すればよく、特に限定されないが、一般に、３０ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下である。
次に、Ｓ４で得られた成形体を脱脂処理し、成形体に含まれる結合剤を除去する（Ｓ５）。脱脂処理の方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行うことができる。例えば、成形体を空気雰囲気中で加熱処理することにより、脱脂処理を行うことができる。加熱温度は、結合剤が熱分解し得る温度であれば特に限定されず、一般に、３００℃以上８００℃以下である。また、加熱時間は、特に限定されず、成形体の大きさ、結合剤の含有量、加熱温度等に応じて適宜調整すればよく、一般に、１０分〜１０時間程度である。また、成形体の大きさが小さく、且つ結合剤の含有量が少ない場合には、上記の脱脂処理を省略し、成形体をそのまま焼成してもよい。このような場合には、結合剤の急激な燃焼により成形体にクラックや破壊が生じることがない。
次に、Ｓ５で得られた成形体（Ｓ５を省略する場合、Ｓ４で得られた成形体）を焼成することにより、Ｍ型六方晶フェライトの焼結体を調製する（Ｓ６）。焼成方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行うことができる。例えば、成形体を空気雰囲気中で焼成してもよいし、又は高濃度の酸素雰囲気中で焼成してもよい。また、焼成温度は、特に限定されないが、一般に、９００℃以上１２００℃以下であり、好ましくは９５０℃以上１１５０℃以下である。
従来、炭酸バリウム粉末、酸化鉄粉末等の原料粉末から六方晶フェライトの焼結体を製造する場合、原料粉末混合物を仮焼きする工程を設けるのが一般的である。つまり、各原料粉末の混合、原料粉末混合物の仮焼き（フェライト生成）、粉砕、スラリー調製、造粒物調製、成形体の調製及び成形体の焼成（焼結体調製）の各工程を経て、フェライト焼結体が製造される。しかしながら、この製造方法では、仮焼きによって生成させ、粉砕したフェライトが板状の結晶粒子であるため、その後の成形体調製時にフェライト結晶粒子が配向する傾向があり、フェライト結晶粒子が一定方向に配向した成形体が調製されやすい。また、フェライト結晶粒子が一定方向に配向した成形体を焼成して得られるフェライト焼結体でもフェライト結晶粒子が一定方向に配向した焼結体となる傾向がある。一方、本発明の製造方法では、上記のように、仮焼き工程を設けず、原料粉末混合物を造粒した造粒物を成形し、その成形体を焼成することで、Ｍ型六方晶フェライトの生成と焼結を同時に行う工程を採用している。これにより、フェライト結晶粒子の配向を抑制した焼結体が製造可能となる。
次に、焼結体の厚み及び形状を整えるために、必要に応じて焼結体の表面を研削加工してもよい（Ｓ７）。研削加工方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行うことができる。研削加工方法の例としては、ダイヤモンドバイトを用いた研削加工等が挙げられる。また、チッピング等の欠けを防止するために、面取りのためのバレル研磨を焼結体に行ってもよい。
上記のようにして製造される実施の形態１に係る電波吸収体は、２０ＧＨｚでの電波吸収性能に優れ、且つ電波吸収性能に異方性が無いため、高周波モジュール等の様々な方向から電波が入射する用途において、良好な電波吸収性能を有する。
実施の形態２．
実施の形態２に係る高周波モジュールについて説明する。図３は、高周波回路を収容する金属ケースの内側に、実施の形態１に係る電波吸収体１を備える高周波モジュールの模式断面図である。図３に示すように、高周波モジュール３は、例えば、半導体ベアチップが実装された高周波回路１０ａ及び半導体チップが実装された回路１０ｂが搭載された多層誘電体基板を構成するセラミック基板１１上に、筒状金属からなるケース本体７が装着される。高周波回路１０ａ及び回路１０ｂは、セラミック基板１１上に形成された回路パターン８にボンディングワイヤ９を介して電気的に接続されている。ケース本体７に金属製の高周波回路ケース用カバー６が装着されて高周波回路ケースが構成される。そして、高周波回路ケース用カバー６の内面において高周波回路１０ａに対向する位置に、電波吸収体１が設置される。図３では、電波吸収体１の表面に設けられた金属層４と高周波回路ケース用カバー６の内面とがはんだ材５を介して接合されている。電波吸収体１を高周波回路ケース用カバー６に接合する方法は、特に限定されることはなく、はんだによる接合、焼結型金属による接合、エポキシ接着剤による接合等の公知の方法が適用可能である。なお、金属層４は、電波吸収体１と高周波回路ケース用カバー６との接合を金属系接合材料で行う際の接合性を高めるために設けたものであり、エポキシ接着剤のような接合材料で接合を行う際には設けなくてもよい。
実施の形態２に係る高周波モジュールについて説明する。図３は、高周波回路を収容する金属ケースの内側に、実施の形態１に係る電波吸収体１を備える高周波モジュールの模式断面図である。図３に示すように、高周波モジュール３は、例えば、半導体ベアチップが実装された高周波回路１０ａ及び半導体チップが実装された回路１０ｂが搭載された多層誘電体基板を構成するセラミック基板１１上に、筒状金属からなるケース本体７が装着される。高周波回路１０ａ及び回路１０ｂは、セラミック基板１１上に形成された回路パターン８にボンディングワイヤ９を介して電気的に接続されている。ケース本体７に金属製の高周波回路ケース用カバー６が装着されて高周波回路ケースが構成される。そして、高周波回路ケース用カバー６の内面において高周波回路１０ａに対向する位置に、電波吸収体１が設置される。図３では、電波吸収体１の表面に設けられた金属層４と高周波回路ケース用カバー６の内面とがはんだ材５を介して接合されている。電波吸収体１を高周波回路ケース用カバー６に接合する方法は、特に限定されることはなく、はんだによる接合、焼結型金属による接合、エポキシ接着剤による接合等の公知の方法が適用可能である。なお、金属層４は、電波吸収体１と高周波回路ケース用カバー６との接合を金属系接合材料で行う際の接合性を高めるために設けたものであり、エポキシ接着剤のような接合材料で接合を行う際には設けなくてもよい。
上記のような構造を有する実施の形態２に係る高周波モジュールは、高周波回路ケース内で発生した高周波ノイズを吸収し、回路の誤動作等の不具合を防止することができる。
以下、実施例及び比較例により本発明の詳細を説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。
〔実施例１〕
平均粒径２μｍのＢａＣＯ３粉末と平均粒径１μｍのＦｅ２Ｏ３粉末と平均粒径１μｍのＴｉＯ２粉末と平均粒径４μｍのＣｕＯ粉末とを１：４．５：１．５：１．５のモル比で配合した原料粉末混合物５０質量部、ポリカルボン酸系分散剤１質量部、ポリビニルアルコール（結合剤）１質量部及び水４８質量部をボールミルで約５時間混合し、スラリーを調製した。得られたスラリーをスプレードライヤーで噴霧乾燥させて平均粒径７０μｍの造粒物を得た。造粒物を角型形状を有する金型に充填し、一軸加圧プレス機を用いて９８ＭＰａの圧力でプレス成形を行うことによって成形体を得た。次に、得られた成形体を、空気雰囲気中、６００℃で２時間加熱処理することによって脱脂処理を行った。続いて、脱脂処理した成形体を、空気雰囲気中、１０５０℃で３時間焼成して焼結体を得た。得られた焼結体をダイヤモンドバイトで研削加工し、厚み１ｍｍの焼結体からなる電波吸収体を得た。
平均粒径２μｍのＢａＣＯ３粉末と平均粒径１μｍのＦｅ２Ｏ３粉末と平均粒径１μｍのＴｉＯ２粉末と平均粒径４μｍのＣｕＯ粉末とを１：４．５：１．５：１．５のモル比で配合した原料粉末混合物５０質量部、ポリカルボン酸系分散剤１質量部、ポリビニルアルコール（結合剤）１質量部及び水４８質量部をボールミルで約５時間混合し、スラリーを調製した。得られたスラリーをスプレードライヤーで噴霧乾燥させて平均粒径７０μｍの造粒物を得た。造粒物を角型形状を有する金型に充填し、一軸加圧プレス機を用いて９８ＭＰａの圧力でプレス成形を行うことによって成形体を得た。次に、得られた成形体を、空気雰囲気中、６００℃で２時間加熱処理することによって脱脂処理を行った。続いて、脱脂処理した成形体を、空気雰囲気中、１０５０℃で３時間焼成して焼結体を得た。得られた焼結体をダイヤモンドバイトで研削加工し、厚み１ｍｍの焼結体からなる電波吸収体を得た。
〔実施例２〕
脱脂処理した成形体を、空気雰囲気中、１０００℃で３時間焼成したこと以外は実施例１と同様にした。
脱脂処理した成形体を、空気雰囲気中、１０００℃で３時間焼成したこと以外は実施例１と同様にした。
〔実施例３〕
脱脂処理した成形体を、空気雰囲気中、１０３０℃で３時間焼成したこと以外は実施例１と同様にした。
脱脂処理した成形体を、空気雰囲気中、１０３０℃で３時間焼成したこと以外は実施例１と同様にした。
〔実施例４〕
脱脂処理した成形体を、空気雰囲気中、１１００℃で３時間焼成したこと以外は実施例１と同様にした。
脱脂処理した成形体を、空気雰囲気中、１１００℃で３時間焼成したこと以外は実施例１と同様にした。
〔実施例５〕
平均粒径２μｍのＢａＣＯ３粉末と平均粒径１μｍのＦｅ２Ｏ３粉末と平均粒径１μｍのＴｉＯ２粉末と平均粒径４μｍのＣｕＯ粉末とを１：４．７５：１．２５：１．２５のモル比で配合した原料粉末混合物を用いたこと以外は実施例１と同様にした。
平均粒径２μｍのＢａＣＯ３粉末と平均粒径１μｍのＦｅ２Ｏ３粉末と平均粒径１μｍのＴｉＯ２粉末と平均粒径４μｍのＣｕＯ粉末とを１：４．７５：１．２５：１．２５のモル比で配合した原料粉末混合物を用いたこと以外は実施例１と同様にした。
〔実施例６〕
平均粒径２μｍのＢａＣＯ３粉末と平均粒径１μｍのＦｅ２Ｏ３粉末と平均粒径１μｍのＴｉＯ２粉末と平均粒径４μｍのＣｕＯ粉末とを１：４．２５：１．７５：１．７５のモル比で配合した原料粉末混合物を用いたこと以外は実施例１と同様にした。
平均粒径２μｍのＢａＣＯ３粉末と平均粒径１μｍのＦｅ２Ｏ３粉末と平均粒径１μｍのＴｉＯ２粉末と平均粒径４μｍのＣｕＯ粉末とを１：４．２５：１．７５：１．７５のモル比で配合した原料粉末混合物を用いたこと以外は実施例１と同様にした。
〔実施例７〕
焼結体をダイヤモンドバイトで研削加工し、厚み０．５ｍｍに加工したこと以外は実施例１と同様にした。
焼結体をダイヤモンドバイトで研削加工し、厚み０．５ｍｍに加工したこと以外は実施例１と同様にした。
〔実施例８〕
焼結体をダイヤモンドバイトで研削加工し、厚み１．５ｍｍに加工したこと以外は実施例１と同様にした。
焼結体をダイヤモンドバイトで研削加工し、厚み１．５ｍｍに加工したこと以外は実施例１と同様にした。
〔実施例９〕
焼結体をダイヤモンドバイトで研削加工し、厚み２．０ｍｍに加工したこと以外は実施例１と同様にした。
焼結体をダイヤモンドバイトで研削加工し、厚み２．０ｍｍに加工したこと以外は実施例１と同様にした。
〔実施例１０〕
焼結体をダイヤモンドバイトで研削加工し、厚み２．５ｍｍに加工したこと以外は実施例１と同様にした。
焼結体をダイヤモンドバイトで研削加工し、厚み２．５ｍｍに加工したこと以外は実施例１と同様にした。
〔実施例１１〕
焼結体をダイヤモンドバイトで研削加工し、厚み３．０ｍｍに加工したこと以外は実施例１と同様にした。
焼結体をダイヤモンドバイトで研削加工し、厚み３．０ｍｍに加工したこと以外は実施例１と同様にした。
〔実施例１２〕
焼結体をダイヤモンドバイトで研削加工し、厚み０．３ｍｍに加工したこと以外は実施例１と同様にした。
焼結体をダイヤモンドバイトで研削加工し、厚み０．３ｍｍに加工したこと以外は実施例１と同様にした。
〔比較例１〕
平均粒径２μｍのＢａＣＯ３粉末と平均粒径１μｍのＦｅ２Ｏ３粉末と平均粒径１μｍのＴｉＯ２粉末と平均粒径４μｍのＣｕＯ粉末とを１：４．５：１．５：１．５のモル比で配合した原料粉末混合物を、空気雰囲気中、９００℃で３時間仮焼きし、Ｍ型六方晶フェライトを生成させた。得られたＭ型六方晶フェライトをボールミルを用いて湿式で３時間粉砕し、次いで、１５０℃で１０時間乾燥させた。次いで、乾燥させたＭ型六方晶フェライト粉末５０質量部、ポリカルボン酸系分散剤１質量部、ポリビニルアルコール（結合剤）１質量部及び水４８質量部をボールミルで約５時間混合し、スラリーを調製した。このスラリーを用いたこと以外は実施例１と同様にした。
平均粒径２μｍのＢａＣＯ３粉末と平均粒径１μｍのＦｅ２Ｏ３粉末と平均粒径１μｍのＴｉＯ２粉末と平均粒径４μｍのＣｕＯ粉末とを１：４．５：１．５：１．５のモル比で配合した原料粉末混合物を、空気雰囲気中、９００℃で３時間仮焼きし、Ｍ型六方晶フェライトを生成させた。得られたＭ型六方晶フェライトをボールミルを用いて湿式で３時間粉砕し、次いで、１５０℃で１０時間乾燥させた。次いで、乾燥させたＭ型六方晶フェライト粉末５０質量部、ポリカルボン酸系分散剤１質量部、ポリビニルアルコール（結合剤）１質量部及び水４８質量部をボールミルで約５時間混合し、スラリーを調製した。このスラリーを用いたこと以外は実施例１と同様にした。
〔比較例２〕
平均粒径２μｍのＢａＣＯ３粉末と平均粒径１μｍのＦｅ２Ｏ３粉末と平均粒径１μｍのＴｉＯ２粉末と平均粒径４μｍのＣｕＯ粉末とを１：４．５：１．５：１．５のモル比で配合した原料粉末混合物を、空気雰囲気中、９００℃で３時間仮焼きし、Ｍ型六方晶フェライトを生成させた。得られたＭ型六方晶フェライトをボールミルを用いて湿式で１．５時間粉砕し、次いで、１５０℃で１０時間乾燥させた。次いで、乾燥させたＭ型六方晶フェライト粉末５０質量部、ポリカルボン酸系分散剤１質量部、ポリビニルアルコール（結合剤）１質量部及び水４８質量部をボールミルで約５時間混合し、スラリーを調製した。このスラリーを用いたこと以外は実施例１と同様にした。
平均粒径２μｍのＢａＣＯ３粉末と平均粒径１μｍのＦｅ２Ｏ３粉末と平均粒径１μｍのＴｉＯ２粉末と平均粒径４μｍのＣｕＯ粉末とを１：４．５：１．５：１．５のモル比で配合した原料粉末混合物を、空気雰囲気中、９００℃で３時間仮焼きし、Ｍ型六方晶フェライトを生成させた。得られたＭ型六方晶フェライトをボールミルを用いて湿式で１．５時間粉砕し、次いで、１５０℃で１０時間乾燥させた。次いで、乾燥させたＭ型六方晶フェライト粉末５０質量部、ポリカルボン酸系分散剤１質量部、ポリビニルアルコール（結合剤）１質量部及び水４８質量部をボールミルで約５時間混合し、スラリーを調製した。このスラリーを用いたこと以外は実施例１と同様にした。
〔比較例３〕
平均粒径２μｍのＢａＣＯ３粉末と平均粒径１μｍのＦｅ２Ｏ３粉末と平均粒径１μｍのＴｉＯ２粉末と平均粒径４μｍのＣｕＯ粉末とを１：５：１：１のモル比で配合した原料粉末混合物を用いたこと以外は実施例１と同様にした。
平均粒径２μｍのＢａＣＯ３粉末と平均粒径１μｍのＦｅ２Ｏ３粉末と平均粒径１μｍのＴｉＯ２粉末と平均粒径４μｍのＣｕＯ粉末とを１：５：１：１のモル比で配合した原料粉末混合物を用いたこと以外は実施例１と同様にした。
〔比較例４〕
平均粒径２μｍのＢａＣＯ３粉末と平均粒径１μｍのＦｅ２Ｏ３粉末と平均粒径１μｍのＴｉＯ２粉末と平均粒径４μｍのＣｕＯ粉末とを１：４：２：２のモル比で配合した原料粉末混合物を用いたこと以外は実施例１と同様にした。
平均粒径２μｍのＢａＣＯ３粉末と平均粒径１μｍのＦｅ２Ｏ３粉末と平均粒径１μｍのＴｉＯ２粉末と平均粒径４μｍのＣｕＯ粉末とを１：４：２：２のモル比で配合した原料粉末混合物を用いたこと以外は実施例１と同様にした。
上記の実施例及び比較例で得られた電波吸収体について下記のように電波減衰量の評価を行った。
電波吸収体の電波減衰量を測定するための共振器の構成を示す模式断面図を図４に示す。電波減衰量評価用共振器１２は、金属製の共振器本体１３に、金属製のカバー１４が装着された気密構造を有する。電波減衰量評価用共振器１２は、２０ＧＨｚに共振点を有する空間設計とされている。電波吸収体１の表面に設けられた金属層４とカバー１４とがはんだ材５を介して接合されている。また、共振器本体１３の底部には信号ピン１５と信号ピン１６とが外部から挿入されている。信号ピン１５は、電波送信器に接続される。信号ピン１６は、電波検出器に接続される。上記のような構成の電波減衰用評価用共振器１２を用いて、信号ピン１５と信号ピン１６との間の電波信号の通過特性であるＳパラメータのＳ２１を評価し、通過損失量をｄＢ表記することで、各電波吸収体の電波減衰量を評価した。
電波吸収体の電波減衰量を測定するための共振器の構成を示す模式断面図を図４に示す。電波減衰量評価用共振器１２は、金属製の共振器本体１３に、金属製のカバー１４が装着された気密構造を有する。電波減衰量評価用共振器１２は、２０ＧＨｚに共振点を有する空間設計とされている。電波吸収体１の表面に設けられた金属層４とカバー１４とがはんだ材５を介して接合されている。また、共振器本体１３の底部には信号ピン１５と信号ピン１６とが外部から挿入されている。信号ピン１５は、電波送信器に接続される。信号ピン１６は、電波検出器に接続される。上記のような構成の電波減衰用評価用共振器１２を用いて、信号ピン１５と信号ピン１６との間の電波信号の通過特性であるＳパラメータのＳ２１を評価し、通過損失量をｄＢ表記することで、各電波吸収体の電波減衰量を評価した。
上記の評価結果等を表１に示す。また、電波吸収体の電波減衰量に対するＭ型六方晶フェライト粒子の配向度（ｆ値）の関係を図５に示し、電波吸収体の電波減衰量に対するＭ型六方晶フェライトの組成（ＢａＦｅ１２−ｘ（Ｔｉ０．５Ｃｕ０．５）ｘＯ１９のｘの値）の関係を図６に示し、電波吸収体の電波減衰量に対する焼結体の厚みの関係を図７に示す。
表１に示されているように、実施例１〜１２の電波吸収体は、共振器を用いた電波減衰量評価において、優れた電波吸収性能を有していた。これに対して、比較例１及び２の電波吸収体は、Ｍ型六方晶フェライト粒子の配向が大きいため、様々な方向から入射した電波を吸収する効果が弱く、電波減衰量が向上しなかった。また、比較例３及び４の電波吸収体は、Ｍ型六方晶フェライトの組成（鉄を置換するチタン及び銅の量）が、２０ＧＨｚ帯に吸収周波数帯域を調整するために必要な組成範囲から外れているため、十分な電波吸収効果が得られなかった。
以上の結果からわかるように、本発明によれば、ギガヘルツ帯（２０ＧＨｚ）での電波吸収性能に優れ、且つ電波吸収性能に異方性が無く様々な方向から入射した電波を吸収可能な電波吸収体を提供することができる。また、本発明によれば、ギガヘルツ帯での高周波ノイズによる誤動作等の不具合が発生しない高周波モジュールを提供することができる。更に、本発明によれば、ギガヘルツ帯での電波吸収性能に優れ、且つ電波吸収性能に異方性が無く、様々な方向から入射した電波を吸収可能な電波吸収体を、高い生産性で製造する方法を提供することができる。
１ 電波吸収体、２ 板状の結晶粒子、３ 高周波モジュール、４ 金属層、５ はんだ材、６ 高周波回路ケース用カバー、７ ケース本体、８ 回路パターン、９ ボンディングワイヤ、１０ａ 高周波回路、１０ｂ 回路、１１ セラミック基板、１２ 電波減衰量評価用共振器、１３ 共振器本体、１４ カバー、１５ 信号ピン、１６ 信号ピン。
Claims (7)
- 組成式：ＢａＦｅ１２−Ｘ（Ｔｉ０．５Ｃｕ０．５）ＸＯ１９（式中、Ｘは２．５以上３．５以下である）のＭ型六方晶フェライトの焼結体からなり、且つＬｏｔｇｅｒｉｎｇ法で評価したフェライト結晶粒子の配向度が０．２以下であることを特徴とする電波吸収体。
- 前記焼結体の厚みが０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電波吸収体。
- 前記配向度が０．０４以上０．１５以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電波吸収体。
- 高周波回路を収容する金属ケースの内側に、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電波吸収体を備えることを特徴とする高周波モジュール。
- 原料粉末である炭酸バリウム粉末と酸化鉄粉末と酸化チタン粉末と酸化銅粉末とを混合することにより、組成式：ＢａＦｅ１２−Ｘ（Ｔｉ０．５Ｃｕ０．５）ＸＯ１９（式中、Ｘは２．５以上３．５以下である）のＭ型六方晶フェライトが生成するように成分調整した原料粉末混合物を調製する工程と、
前記原料粉末混合物を結合剤とともに混合して造粒物を調製する工程と、
前記造粒物を加圧成形して成形体を調製する工程と、
前記成形体を焼成することにより、Ｍ型六方晶フェライトの焼結体を調製する工程とを含むことを特徴とする電波吸収体の製造方法。 - 前記原料粉末の平均粒径が０．０５μｍ以上８μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の電波吸収体の製造方法。
- 前記造粒物が、前記原料粉末混合物と前記結合剤と水とを含むスラリーを噴霧乾燥させることにより得られることを特徴とする請求項５又は６に記載の電波吸収体の製造方法。
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