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
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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、1100℃で3時間焼成し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。
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。
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2.5mm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0.3mmに加工し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。
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1:5:1:1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1:4:2:2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。
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。
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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