JP2007180289A - 電磁波吸収体 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器の不要電磁波を吸収する電磁波吸収体に関し、不要電磁波の吸収能力が高い電磁波吸収体を提供する。
【解決手段】1種類以上のセラミックス母相に、1種類以上の金属粒子が分散した複合体である電磁波吸収体である。電磁波が入射する側の電磁波吸収体の表面から厚さ方向に、金属粒子の割合が増加する電磁波吸収体。金属粒子の平均経が５ミクロン以下で、かつ、形状が等方的である電磁波吸収体。セラミックス母相が平均粒径５０ナノミリメータ以下の等方的な形状の集合体から構成されている電磁波吸収体。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子機器の不要電磁波を吸収する、電磁波吸収体に関するものである。

情報・通信技術の発達に伴い、高周波域で動作する電子機器の普及が進むとともに、これら電子機器の放射する不要電磁波が周囲に及ぼす影響が問題となっている。電子機器間や電子機器内部における電磁環境両立性（ＥＭＣ：Electro-Magnetic Compatibility）の確立、即ち、不要ノイズの輻射（ＥＭＩ：Electro-Magnetic Interference）抑制や耐不要ノイズ（イミュニティ）の向上が重要な課題である。

ＥＭＩを防止する方法としては、電子機器の回路設計を最適化してノイズを減少させる手段の他、電磁波シールド材や電磁波吸収体を利用する方法がある。電磁波シールド材は発信源からの電磁波を封じ込めたり、逆に外部からの電磁波を跳ね返す反射体であるのに対し、電磁波吸収体は、電磁波のエネルギーを材料内部で熱エネルギーに代えるなどして反射を無くす吸収体である。

最近は、特に後者の電磁波吸収体の高性能化に対するニーズが高まっており、フェライトや金属磁性体の粉末を樹脂バインダーでシート状に加工したものが用いられており、例えば、扁平形状のセンダスト(Fe-Al-Si)合金をポリマー樹脂と混錬・攪拌して作製したペーストをシート状に成形したものが市販されている。

なお、［発明の開示］において、下記の非特許文献１および２を引用するので、ここに記載しておく。
「粉体および粉末冶金」、第37号第1号(1990)、p.94 「まてりあ」、第41巻第7号(2002)、p.459

しかしながら、従来の電磁波吸収体では、吸収能力が不十分という課題が残っていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、不要電磁波の吸収能力が高い電磁波吸収体を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、1種類以上のセラミックス母相に、1種類以上の金属粒子が分散した複合体であることを特徴とする電磁波吸収体である。

また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電磁波吸収体において、電磁波が入射する側の電磁波吸収体の表面から厚さ方向に、前記金属粒子の割合が増加することを特徴とする電磁波吸収体である。

また本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の電磁波吸収体において、電磁波が入射する側の電磁波吸収体の表面には、前記金属粒子が存在しないことを特徴とする電磁波吸収体である。

また本発明の請求項４に係る発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電磁波吸収体において、前記金属粒子の平均径が５μm以下で、かつ、形状が等方的であることを特徴とする電磁波吸収体である。

また本発明の請求項５に係る発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電磁波吸収体において、前記セラミックス母相が平均粒径５０nm以下の等方的な形状の集合体から構成されていることを特徴とする電磁波吸収体である。

また本発明の請求項６に係る発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電磁波吸収体において、前記セラミックス母相の相対密度が９５％以上であることを特徴とする電磁波吸収体である。

また本発明の請求項７に係る発明は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の電磁波吸収体において、前記金属粒子の少なくとも1種類が強磁性体であることを特徴とする電磁波吸収体である。

また本発明の請求項８に係る発明は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電磁波吸収体において、前記セラミックス母相の少なくとも1種類がフェライトであることを特徴とする電磁波吸収体である。

また本発明の請求項９に係る発明は、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の電磁波吸収体において、前記セラミックス粒子の界面、前記金属粒子の界面、および、前記金属粒子と前記セラミックス粒子との界面では、該界面を構成する粒子の結晶以外の相が存在しないことを特徴とする電磁波吸収体である。

また本発明の請求項１０に係る発明は、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の電磁波吸収体において、前記セラミックス母相の格子定数が０．２〜１．５％拡大していることを特徴とする電磁波吸収体である。

また本発明の請求項１１に係る発明は、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の電磁波吸収体において、前記電磁波吸収体が金属の基板上に形成されていることを特徴とする電磁波吸収体である。

また本発明の請求項１２に係る発明は、請求項１１に記載の電磁波吸収体において、前記基板と前記電磁波吸収体との界面に、該界面を構成する結晶以外の相が存在しないことを特徴とする電磁波吸収体である。

さらに本発明の請求項１３に係る発明は、請求項１１または請求項１２に記載の電磁波吸収体において、前記界面の金属基板側１０〜３００nmに歪層が存在することを特徴とする電磁波吸収体である。

本発明は、金属微粒子をセラミックス微粒子で結合する複合体として電磁波吸収体を構成するようにしたので、効果的に不要電磁波を吸収する形態を達成できる。さらに、この電磁波吸収体を電子機器の筐体に適用することでＥＭＩ対策を容易にする効果が得られる。

本発明者らは、電磁波吸収体の構造を、セラミックス母相に金属粒子が分散した構造とすることで、従来よりも効果的に電磁波を吸収できることを見出し、本発明を完成させたものであり、以下、本発明を具体的に説明する。

セラミックス母相としては、Al₂O₃, AlN, SiC, BaSiTiO₃, SiO₂, ZrO₂, SrTiO₃などのセラミックスを１種類もしくは２種類以上用いることができる。これらに電磁波が侵入すると、誘電損失により電磁波のエネルギーを熱に変換して吸収することができる。また、金属微粒子としては、Cu、Al、Ag、Au、Ptなどの金属材料を１種類もしくは２種類以上用いることができる。これらに電磁波の一部が侵入し、抵抗損失で電磁波を吸収する。

金属粒子の大きさは、5μm以下とすることが好ましい。金属粒子に侵入した電磁波の吸収は、表皮厚み程度での距離で起こる。表皮厚さは材料特性と周波数で決まるため種々であるが、必要以上に大きくすると相対的にセラミックス材料の割合が小さくなり、電磁波吸収体全体での吸収能力を損なうため、金属粒子の大きさは、表皮厚さの5μm以下に限定するものとする。また、あらゆる方向から放射される電磁波に対応するため、金属微粒子の形状は等方的であることが望ましい。具体的には、アスペクト比が0.8〜1.3の範囲であると好適である。

セラミックス母相の結晶粒径は50nm以下であると、膜強度が増してより好適である。従って、セラミックス膜の結晶粒径は50nm以下に限定するものとする。また、セラミックス母相の相対密度は95%以上だと、電磁波吸収能力および膜強度が良好なため、95%以上に限定するものとする。

金属微粒子は強磁性体であると、高周波での磁気損失を利用した電磁波の吸収効果を期待できるため、より好適である。例えば、Fe、Co、Ni、および、それらを主成分とした、Fe-Si、Fe-Al-Si、Fe-Ni合金などがこれに該当する。

セラミックス母相は磁気損失で電磁波を吸収するとより効果的であるため、NiZnフェライトやMnZnフェライトなどを適用すると好適である。セラミックス粒子界面、金属粒子界面、および、金属粒子・セラミックス粒子界面には、界面を構成する粒子の結晶以外の相（異相 例：粒界相）が存在しない方が膜強度に優れてより好適である。

セラミックスは、格子定数が0.2〜1.5%拡大していると密着強度が増して効果的である。0.2%未満ではその効果に乏しく、1.5%を超えると界面強度は大きくても、セラミックス相内の強度が低下するため、0.2〜1.5%の範囲で格子定数が伸びているとより好適である。

本発明の電磁波吸収体は、基板上に形成して使用される場合が多いが、このとき金属が基板であると電磁波吸収体と基板との界面で反射し、再度、電磁波吸収体内での吸収が期待できて効果的である。

基板界面には、界面を構成する結晶以外の相が存在すると密着強度が低下するため、そのような異相が存在しないとより好適である。さらに、金属基板界面には、10〜300nmの範囲で歪が導入されていると、密着強度が大きくて、より好適である。

本発明に係る電磁波吸収体を製造するには、ガスデポジション法(例えば、非特許文献１を参照)、もしくは、エアロゾルデポジション法(例えば、非特許文献２を参照)を用いることが可能だが、これらの方法に限定されるものではない。

開口10×0.4(mm)のノズルを備えたチャンバー内で、ノズル先端から5mmの位置に基板を配置する。ノズル先端からキャリアガスで金属微粒子とセラミックス微粒子の混合体をエアロゾル状態で搬送、基板に衝突させて成膜する。成膜中は、チャンバー内は真空ポンプで数Torr程度に排気しておくことで、微粒子混合体の粒子速度を大きくする。また、ノス゛ルや基板を移動することで所定の面積とする。

膜中におけるセラミックス粒子と金属粒子の比率は、以下の様にして制御する。即ち、膜内厚み方向で両者の比率が一定の場合は、混合粒子をエアロゾル状態にして搬送・噴出すれば良く、また、膜内厚み方向で両者の比率を変化させる場合は、それぞれ単独粒子でエアロゾル状態とし、これを搬送過程で混合する。そして混合比は、それぞれのエアロゾルの搬送ガス流量などで制御することができる。

本発明の実施例１として、鋼板上に各種皮膜を50μｍ形成して、電磁波の減衰量すなわち電磁波吸収特性を評価したものを示す。以下の表１は、結果をまとめたものである。

比較例1、2は、セラミックス母相としてアルミナ粒子、金属粒子として銅粒子を用い、それぞれ搬送ガス流量1L/minのガスデポジション法により鋼板を基板上に成膜したものである。そして、本発明を適用した適合例として、適合例1〜４をのせている。

先ず、適合例1として、混合比率(体積比)をアルミナ：銅＝3：1の混合体を、搬送ガス流量アルミナ：銅＝2：1の条件でガスデポジション法により鋼板上に成膜した。また、適合例2として、成膜初期から終わりに向けての銅粒子の搬送ガス流量とアルミナ粒子の搬送ガス流量比を、2：1から1：5に連続的に変化させて銅/アルミナ複合膜を作製した。さらに、適合例3、4は、適合例1および2において、表面近傍2μm形成時には銅粒子の搬送を停止した場合である。

適合例1〜3は、いずれも複合皮膜だが、適合例1は均一分散複合膜、適合例2は鋼板に近い側には銅が多く、表面にはアルミナが多い皮膜、そして適合例3、4は皮膜表面がアルミナ材のみから構成されている場合である。作製した試料を加工した後、7mm空洞同軸管に入れ、皮膜形成面にTEM(Transverse Electro-Magnetic)入射させたときの、1.9GHzにおける反射減衰量をネットワークアナライザ(アジレント テクノロジー社製 E8358)にて測定した。

表1にまとめた結果から、比較例1、2に比べて、本発明を適用した適合例１〜４の複合体においてはいずれも、大きな減衰量を示し、良好な電磁波吸収特性が得られることが判る。

本発明の実施例２として、鋼板上に以下の表2に示した材料の組み合わせ（適合例５〜２６）での膜を前記実施例1と同様に作製し、電磁波吸収特性を評価したものを示す。ここで、2種類以上の金属粒子やセラミックス粒子は、予め混合体を作製してからエアロゾル化した。

また、適合例1、2、3、4の形態を、それぞれ、形態1、2、3、4と表示した。表2にまとめた結果から、本発明を適用した適合例５〜２６の複合膜においては、より良好な電磁波吸収特性の得られていることが判る。

本発明の実施例３として、セラミックス母相としてNiZnフェライト、金属粒子としてFeを用いて、実施例2と同様に形態4の皮膜とし、皮膜中のFe粒子の平均粒径を変化させた適合例２７〜３１の電磁波吸収特性を評価したものを示す。

皮膜中のFe粒子の大きさは、Fe原料粒子の大きさを変えることで制御した。電磁波減衰特性を表3にまとめて示す。この結果から、平均粒径が大きくなるほど、より良好な電磁波吸収特性の得られることが判る。

本発明の実施例４として、熱処理および粒界相による密着強度の違いを評価したものを示す。セラミックス母相としてNiZnフェライトとSiO₂(体積比1:1)、金属粒子としてFe-Cr-Si合金を用いて、形態１で実施例１と同様に成膜した。

ただし、鋼板直上2μmはNiZnフェライトのみを成膜した。得られた複合体を600または800℃で熱処理することで、膜内の界面にのみ反応相(粒界相)を形成させた。膜の密着強度はφ15mm丸棒曲げ試験を行って剥離の有無から評価した。表4に示した結果から熱処理を施して無く、粒界相の無い複合膜（適合例３２）は、良好な密着強度が得られることが判る。

本発明の実施例５として、実施例４と同様の評価したものを示す。セラミックス母相としてNiZnフェライト、金属粒子としてFe-Cr-Si合金を用いて、形態１で実施例１と同様に成膜した。

ただし、鋼板直上2μmは、NiZnフェライト+SiO₂(体積比1:1)を成膜した。得られた複合体を500または700℃で熱処理することで、鋼板との界面にのみ反応相を形成させた。膜の密着強度は、φ15mm丸棒曲げ試験を行って剥離の有無から評価した。表5に示した結果から熱処理を施して無く、鋼板との界面の反応相が無く粒界相が無い複合膜（適合例３５）は、良好な密着強度が得られることが判る。

本発明の実施例６として、セラミックス母相としてNiZnフェライト、金属粒子として粒状Fe粒子(適合例38)、扁平Fe粒子(適合例39)および粒状FePt粒子(適合例40)を用いて、実施例2と同様に形態４の複合体膜を鋼板上に形成したもの評価を示す。

適合例３８〜４０を用いて筐体を作製し、筐体内に電磁波の発信源となるデバイスを搭載した基板を挿入・駆動した。このときの筐体隙間から漏れる電磁波を、受信アンテナで測定した。1.9GHzでの信号レベルを比較した結果を表6にまとめた。ここで、比較例3は電磁波吸収体の無い場合である。表6の結果から、適合例はいずれも比較例と比べ、電磁波強度が小さく、本発明を適用した複合体で電磁波を良好に吸収し、外部に漏らしにくくなっていることが判る。

本発明の実施例７として、結晶格子の伸びによる密着強度の違いを評価したものを示す。セラミックス母相として平均粒径0.3〜7μmのNiZnフェライト、金属粒子として粒状Fe-Al-Si粒子を用いて、実施例2と同様に形態４の複合体膜を鋼板上に形成した。

結晶格子の伸びは、原料粉末でコントロールし、粉末X線回折から求めた格子定数を、原料粉末での格子定数を基準として算出した。それぞれの膜の密着強度をφ15mm丸棒曲げ試験を行って剥離の有無から評価し、結果を表７にまとめた。この結果から、フェライトの格子定数が0.2〜1.5%伸びているときに、良好な密着強度を達成していることが判る。

本発明の実施例８として、歪み層厚さによる密着強度の違いを評価したものを示す。セラミックス母相として平均粒径0.3〜7μmのAl₂O₃、金属粒子として粒状Fe-Si粒子を用いて、実施例2と同様に形態４の複合体膜を鋼板上に形成した。

鋼板界面の歪層厚さは、原料粉末でコントロールし、厚さの評価は透過電顕で行った。それぞれの膜の密着強度をφ15mm丸棒曲げ試験を行って剥離の有無から評価し、結果を表8にまとめた。この結果から、界面の歪層が10〜300nmのときに、良好な密着強度を達成していることが判る。

Claims (13)

1種類以上のセラミックス母相に、1種類以上の金属粒子が分散した複合体であることを特徴とする電磁波吸収体。

請求項１に記載の電磁波吸収体において、
電磁波が入射する側の電磁波吸収体の表面から厚さ方向に、前記金属粒子の割合が増加することを特徴とする電磁波吸収体。

請求項１または請求項２に記載の電磁波吸収体において、
電磁波が入射する側の電磁波吸収体の表面には、前記金属粒子が存在しないことを特徴とする電磁波吸収体。

請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電磁波吸収体において、
前記金属粒子の平均径が５μm以下で、かつ、形状が等方的であることを特徴とする電磁波吸収体。

請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電磁波吸収体において、
前記セラミックス母相が平均粒径５０nm以下の等方的な形状の集合体から構成されていることを特徴とする電磁波吸収体。

請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電磁波吸収体において、
前記セラミックス母相の相対密度が９５％以上であることを特徴とする電磁波吸収体。

請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の電磁波吸収体において、
前記金属粒子の少なくとも1種類が強磁性体であることを特徴とする電磁波吸収体。

請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電磁波吸収体において、
前記セラミックス母相の少なくとも1種類がフェライトであることを特徴とする電磁波吸収体。

請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の電磁波吸収体において、
前記セラミックス粒子の界面、前記金属粒子の界面、および、前記金属粒子と前記セラミックス粒子との界面では、該界面を構成する粒子の結晶以外の相が存在しないことを特徴とする電磁波吸収体。

請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の電磁波吸収体において、
前記セラミックス母相の格子定数が０．２〜１．５％拡大していることを特徴とする電磁波吸収体。

請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の電磁波吸収体において、
前記電磁波吸収体が金属の基板上に形成されていることを特徴とする電磁波吸収体。

請求項１１に記載の電磁波吸収体において、
前記基板と前記電磁波吸収体との界面に、該界面を構成する結晶以外の相が存在しないことを特徴とする電磁波吸収体。

請求項１１または請求項１２に記載の電磁波吸収体において、
前記界面の金属基板側１０〜３００nmに歪層が存在することを特徴とする電磁波吸収体。