JPH09115708A - 電磁波吸収材およびパッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】数十ＧＨｚの高周波でも電磁波吸収効果を示す
電磁波吸収材を得て、上記高周波においてキャビティ共
振が抑制できるパッケージを得る。 【解決手段】磁性体からなる粒子３が少なくとも１個以
上集り構成された集合体２であり、上記粒子３が１種類
以上の六方晶フェライトからなる電磁波吸収材１とし、
これをパッケージ６内壁の一部または全部に配す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性体からなる電
磁波吸収材およびこれを装荷したパッケージに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波ＩＣ素子等を搭載するパッケ
ージでは、パッケージ内のキャビティ寸法により定まる
基本および高次モードに対応する固有の周波数（共振周
波数）においてキャビティ共振が生じ、このキャビティ
共振は搭載回路のこれらの周波数における動作を阻害す
る。キャビティ共振を抑制する方法としては、パッケー
ジ内に磁性体からなる電磁波吸収材を装荷し、共振エネ
ルギを吸収する方法がとられている。将来の通信システ
ムの高速、高周波、広帯域化を考慮した場合には、上記
パッケージには数十ＧＨｚ以上の広帯域性が要求され
る。

【０００３】磁性体の電磁波吸収効果は磁気損失に起因
し、比透磁率（μ_r＝μ_r′−ｊμ_r″）の虚部μ_r″によ
って特徴づけられる。すなわちμ_r″が大きいほど大き
な電磁波吸収効果が得られる。μ_r″は磁性体が磁気共
鳴を起こす周波数（磁気共鳴周波数）において最大値を
とる。図７に従来電磁波吸収材として使用されてきたＮ
ｉＺｎフェライト−ゴム複合材におけるμ_r″の周波数
特性を示す。μ_r″は３ＧＨｚ付近で磁気共鳴により最
大値を示し、１０ＧＨｚ付近でほぼ０となる。これによ
りＮｉＺｎフェライト−ゴム複合材が電磁波吸収材とし
て機能する上限周波数は１０ＧＨｚ付近となる。また、
この電磁波吸収材を装荷したパッケージでは、１０ＧＨ
ｚ以上のキャビティ共振が抑制されないため、搭載回路
の動作を阻害しないで使用できるパッケージの上限周波
数も１０ＧＨｚ付近となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の電
磁波吸収材は、数十ＧＨｚの高周波においては電磁波吸
収効果を示さないという欠点があった。また、上記電磁
波吸収材を装荷した従来のパッケージは、数十ＧＨｚの
高周波においてキャビティ共振を抑制できないという欠
点があった。

【０００５】本発明は、数十ＧＨｚの高周波でも電磁波
吸収効果を示す電磁波吸収材を得ることを目的とし、ま
た、数十ＧＨｚの高周波において、キャビティ共振を抑
制できるパッケージを得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、磁性体から
なる粒子が少なくとも１個以上集まって構成された集合
体であり、上記粒子がそれぞれ１種類以上の六方晶フェ
ライトからなる電磁波吸収材であることにより達成され
る。また、上記磁性体からなる粒子が、上記集合体の中
で、互いに非磁性絶縁体を介して分離しているか、また
は互いに接触した粒子群がそれぞれ非磁性絶縁体を介し
て分離しているか、あるいは互いに接触していることに
より、または、上記粒子は、上記集合体の中の結晶方位
が、等方的であるか、または一方向に配向しているか、
あるいは空間的に分布をもって配向していることにより
達成される。

【０００７】さらに、他の目的は、上記それぞれに条件
のうちいずれかによる電磁波吸収材を、パッケージを構
成する内壁の一部または全部に配することによって達成
できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明において、磁性体からなる
粒子が電磁波吸収材を構成する集合体の状態を図１に示
す。図１（ａ）は磁性体からなる粒子３が、互いに非磁
性絶縁体５を介して分離した状態で集合体を構成した
図、図１（ｂ）は上記粒子３が互いに接触して粒子群４
を形成し、これらの粒子群４が非磁性絶縁体５を介して
それぞれ分離した集合体を構成した図、図１（ｃ）は上
記粒子３が互いに接触して集合体を構成した図であっ
て、いずれも同様の効果を示す。上記（ａ）に示す電磁
波吸収材は、例えば磁性体からなる粒子を非磁性絶縁体
からなるバインダ中に分散させて作製できる。上記
（ｂ）の電磁波吸収材は、例えば磁性体からなる粒子を
焼結して粒子群を作製し、この粒子群を非磁性絶縁体か
らなるバインダ中に分散させて作製できる。また上記
（ｃ）の電磁波吸収材は、例えば磁性体からなる粒子を
焼結することによって作製できる。

【０００９】つぎに、上記電磁波吸収材における周波数
制御、帯域幅制御、異方性制御等の諸特性について、そ
れぞれ説明する。

【００１０】周波数制御 電磁波吸収効果を特徴づけるμ_r″は磁気共鳴周波数に
おいて最大になるため、電磁波吸収効果を示す周波数は
磁気共鳴周波数によって決まる。本発明による磁性体か
らなる粒子は、それぞれが少なくとも１種類以上の六方
晶フェライトからなる。六方晶フェライトの種類と磁気
共鳴周波数を表１に示す。

【００１１】

【表１】

【００１２】六方晶フェライトは種類によって異なる磁
気共鳴周波数をもち、その分布は数ＧＨｚから約１００
ＧＨｚまでほぼ連続的である。磁性体からなる粒子とし
て数十ＧＨｚ以上の磁性共鳴周波数を示す六方晶フェラ
イトを選ぶことにより、数十ＧＨｚ以上で電磁波吸収効
果を示す電磁波吸収材が実現する。また、六方晶フェラ
イトの種類を変えることにより、磁気共鳴周波数を変化
させることができるため、電磁波吸収材の電磁波吸収効
果を示す周波数を制御することができる。

【００１３】帯域幅制御 六方晶フェライトは上記のように種類によって異なる磁
気共鳴周波数をもち、その分布は数ＧＨｚから約１００
ＧＨｚまでほぼ連続的であるため、これらを混合させて
電磁波吸収材を構成することにより、電磁波吸収効果を
示す周波数帯域幅を制御することができる。

【００１４】本発明の電磁波吸収材における磁性体から
なる粒子３の材料の種類に関する例を図２の（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に示し六方晶フェライトの種類を模様で
区別し、図１（ａ）に示す形態に対する例のみ示した。
図２（ａ）では磁性体からなる粒子３は、それぞれ１種
類の六方晶フェライトからなり、しかも全粒子は同一種
類の六方晶フェライトからなる。図２（ｂ）では磁性体
からなる粒子３は、それぞれ１種類の六方晶フェライト
からなるが、六方晶フェライトの種類は必ずしも同一で
はない。また、図２（ｃ）では磁性体からなる粒子３
は、それぞれ１種類の六方晶フェライトからなるか、ま
たは複数の六方晶フェライトからなる。

【００１５】図２（ａ）に示す電磁波吸収材は、同一種
類の六方晶フェライトからなるため、特定の周波数で電
磁波吸収効果を示す。キャビティ共振の各モードはそれ
ぞれ固有の共振周波数をもつため、これに適合した磁気
共鳴周波数をもつ六方晶フェライトを選ぶことにより、
特定のモードのキャビティ共振を強く抑制することがで
きる。

【００１６】図２（ｂ）および（ｃ）に示す電磁波吸収
材は、複数種類の六方晶フェライトからなるため、複数
の周波数で電磁波吸収効果を示す。複数のモードのキャ
ビティ共振に適合した磁気共鳴周波数をもつ複数の六方
晶フェライトを選ぶことにより、上記複数モードのキャ
ビティ共振を抑制することができる。また、数種類の六
方晶フェライトから構成することにより、電磁波吸収効
果を示す帯域を切れ目なく広帯域に設定することができ
る。なお、この際、帯域幅を高周波側にのばすには、磁
性体として六方晶フェライトの存在は欠くことができな
いが、低周波側用としては六方晶フェライト以外の磁性
体、例えば従来電磁波吸収材として用いられたＮｉＺｎ
フェライト−ゴム複合体を混成させても、同様の効果を
得ることができる。すなわち、図２（ｂ）および（ｃ）
においては、磁性体の種類として六方晶フェライト以外
の磁性体が混成していてもかまわない。

【００１７】図２（ａ）に示す電磁波吸収材は、１種類
の六方晶フェライトからなる粒子を原材料として、また
図２（ｂ）および（ｃ）に示す電磁波吸収材は、１種類
または複数の種類の六方晶フェライトからなる粒子を原
材料として、電磁波吸収材を作製することにより得られ
る。

【００１８】異方性制御 六方晶フェライトは結晶のｃ軸方向を容易軸とする一軸
磁気異方性をもち、ｃ軸方向に対し垂直方向の磁界成分
だけを吸収するため、電磁波の入射方向によって異なっ
た電磁波吸収効果を示す。

【００１９】本発明の電磁波吸収材１における集合体中
の磁性体からなる粒子３の、結晶方位に関する実例を図
３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図では結晶のｃ軸
方向を両矢印で示している。すなわち図３において、
（ａ）は結晶方位が等方的であり、（ｂ）は一方向に配
向し、（ｃ）は空間的に分布をもって配向している。

【００２０】図３（ａ）のように結晶方位が等方的であ
る場合には、電磁波吸収材は全べての方向から入射する
電磁波に対して同等の電磁波吸収効果を示す。パッケー
ジでは、一般に複数モードのキャビティ共振が生じ、電
磁波の方向や空間分布が複雑になるため、これら全べて
に対応するにはこのように等方性であることが望まし
い。

【００２１】図３（ｂ）のように結晶方位が一方向に配
向している場合には、電磁波吸収材は特定の方向から入
射する電磁波に対して電磁波吸収効果を示す。キャビテ
ィ共振の各モードはそれぞれ固有の電磁波の方向、空間
分布をもつため、これらに結晶方位を適合させて電磁波
吸収材を配置することにより、特定モードのキャビティ
共振を強く抑制することができる。また、図３（ｃ）の
ように結晶方位が空間的に分布をもって配向している場
合には、電磁波吸収材は空間的に分布をもった特定の方
向から入射する電磁波に対して電磁波吸収効果を示す。
キャビティ共振の各モードは、それぞれ固有の電磁波の
方向、空間分布をもつため、これらに適合させて結晶方
位の空間分布を持たせた電磁波吸収材を配置することに
より、特定モードのキャビティ共振を強く抑制すること
ができる。

【００２２】結晶方位を配向させる方法としては、例え
ば磁界中で材料作製を行い磁気異方性の容易軸を磁界方
向に揃える方法があげられる。したがって、この方法を
用いた場合は、図３（ａ）の電磁波吸収材は無磁界中で
作製することにより、図３（ｂ）の電磁波吸収材は配向
させたい方向に一様磁界を印加して作製することによ
り、また図３（ｃ）の電磁波吸収材は空間分布をもたせ
た磁界を印加して作製することにより、それぞれ得るこ
とができる。

【００２３】つぎに本発明によるパッケージを図４によ
り説明する。本発明の電磁波吸収材を装荷したパッケー
ジ６は、金属からなるキャビティ構造をなし、２つの入
出力ポート８をもち、内壁の一部または全部に上記の電
磁波吸収材１を配しているが、図では上蓋７の内側全面
に板状の電磁波吸収材１を配した場合について示してい
る。本発明のパッケージでは本発明の電磁波吸収材を適
当に選択することにより、１００ＧＨｚ程度までの特定
の電磁波の方向、空間分布、共振周波数をもつ特定モー
ドのキャビティ共振を強く抑制すること、あるいはあら
ゆる電磁波の方向、空間分布、複数の共振周波数をもつ
複数のモードのキャビティ共振を抑制することが可能で
ある。

【００２４】なお、本発明による電磁波吸収材は、上記
パッケージに用いる以外にも汎用的な電磁波吸収材とし
て利用することができる。

【００２５】

【実施例】つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す
る。図５は本発明の電磁波吸収材におけるμ_r″の周波
数特性を示す図、図６は本発明のパッケージにおけるキ
ャビティ共振の抑制効果を示す図である。磁性体からな
る粒子が集合体中で、互いに非磁性絶縁体を介して分離
している図１（ａ）のタイプとし、磁性体からなる粒子
の材料の種類を、図２（ｂ）の磁性体からなる粒子がそ
れぞれ１種類の六方晶フェライトからなるが、六方晶フ
ェライトの種類は必ずしも同一でないタイプとし、磁性
体からなる粒子の結晶方位を図３（ａ）の磁性体からな
る粒子が集合体の中で、その結晶方位が等方的であるタ
イプとし、表１に示すＮｏ．１からＮｏ．２０の六方晶
フェライトをそれぞれ５％づつ一様に混合した電磁波吸
収材におけるμ_r″の周波数特性を図５に示す。μ_r″は
数ＧＨｚから１００ＧＨｚ付近までほぼ一定の値を有
し、この帯域で電磁波吸収効果を示す。

【００２６】上記電磁波吸収材を図４に示すパッケージ
と同様に上部蓋の内側全部に配したパッケージにおける
キャビティ共振抑制の状態を図６に示す。電磁波吸収材
は板状でサイズを１５ｍｍ×１５ｍｍ×１ｍｍとした。
パッケージの内寸法は１５ｍｍ×１５ｍｍ×６ｍｍであ
り、２つの入出力ポートはパッケージ内でマイクロスト
リップラインにより接続した。キャビティ共振の抑圧効
果は、一方の入出力ポートから他方のポートへの透過係
数の大きさ｜Ｓ₂₁｜により評価した。図６に示す破線は
電磁波吸収材を装荷していない場合を示し、実線は装荷
した場合を示している。｜Ｓ₂₁｜の急激な減少ピークは
キャビティ共振に対応する。電磁波吸収材を装荷した場
合は１００ＧＨｚ付近まで｜Ｓ₂₁｜の減少ピーク、すな
わちキャビティ共振が抑制されていることがわかる。

【００２７】本発明の電磁波吸収材は数十ＧＨｚの高周
波まで電磁波吸収効果を有することが示され、上記電磁
波吸収材を装荷したパッケージでは数十ＧＨｚの高周波
までキャビティ共振を抑制することができた。

【００２８】

【発明の効果】上記のように本発明による電磁波吸収材
およびパッケージは、磁性体からなる粒子が少なくとも
１個以上集まって構成された集合体であり、上記粒子が
それぞれ１種類以上の六方晶フェライトからなる電磁波
吸収材であり、また上記電磁波吸収材を用いたパッケー
ジであることによって、数十ＧＨｚの高周波でも電磁波
吸収効果を示す電磁波吸収材が実現し、また、数十ＧＨ
ｚの高周波でもキャビティ共振を抑制するパッケージが
実現する。さらに、電磁波吸収効果を示す周波数を制御
した電磁波吸収材が実現し、キャビティ共振を抑制する
周波数を制御したパッケージが実現でき、また、特定の
周波数で強い電磁波吸収効果を示す電磁波吸収材が実現
し、特定モードのキャビティ共振を強く抑制するパッケ
ージが実現できる。

【００２９】さらにまた、広帯域で電磁波吸収効果を示
す電磁波吸収材が実現し、広帯域でキャビティ共振を抑
制するパッケージを実現でき、また、等方性の電磁波吸
収材が実現し、全てのモードのキャビティ共振を抑制す
るパッケージが実現できた。あるいはまた、一方向の異
方性をもった電磁波吸収材を実現し、特定モードのキャ
ビティ共振を強く抑制するパッケージが実現できる。さ
らに、空間的に分布をもつ異方性の電磁波吸収材が得ら
れ、また、空間的に分布をもつ特定モードのキャビティ
共振を強く抑制するパッケージを実現することができる
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電磁波吸収材の集合体の形態例を
示す図で、（ａ）は磁性体粒子が非磁性絶縁体を介して
分離した状態を示す図、（ｂ）は磁性体粒子が互いに接
触して粒子群を形成し、粒子群が非磁性絶縁体を介して
分離した状態を示す図、（ｃ）は磁性体粒子が互いに接
触して集合体を構成した状態を示す図である。

【図２】磁性体粒子の材料の種類に関する例を示す図
で、（ａ）は磁性体粒子が１種類の六方晶フェライトか
らなり、全粒子が同一種類の六方晶フェライトである状
態を示す図、（ｂ）は磁性体粒子が１種類の六方晶フェ
ライトからなるが、六方晶フェライトの種類は必ずしも
同一でない状態を示す図、（ｃ）は磁性体粒子が、それ
ぞれ１種類の六方晶フェライトからなるか、または複数
種の六方晶フェライトからなる状態を示す図である。

【図３】磁性体粒子の結晶方位の例を示す図で、（ａ）
は結晶方位が等方的であり、（ｂ）は一方向に配向し、
（ｃ）は空間的に分布をもって配向している状態をそれ
ぞれ示す図である。

【図４】本発明におけるパッケージの実施例を示す図で
ある。

【図５】本発明の電磁波吸収材におけるμ_r″の周波数
特性を示す図である。

【図６】本発明のパッケージにおけるキャビティ共振の
抑制効果（｜Ｓ₂₁｜の周波数特性）を示す図である。

【図７】従来のＮｉＺｎフェライト−ゴム複合体を用い
た電磁波吸収材におけるμ_r″の周波数特性を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 電磁波吸収材 ２ 集合体 ３ 磁性体からなる粒子 ４ 粒子群 ５ 非磁性絶縁体 ６ パッケージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石塚 文則 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 岩崎 登 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 久々津 直哉 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性体からなる粒子が少なくとも１個以上
   集まって構成された集合体であり、上記粒子がそれぞれ
   １種類以上の六方晶フェライトからなる電磁波吸収材。
2. 【請求項２】上記磁性体からなる粒子は、上記集合体中
   で、互いに非磁性絶縁体を介して分離しているか、また
   は互いに接触した粒子群が非磁性絶縁体を介してそれぞ
   れ分離しているか、あるいは互いに接触していることを
   特徴とする請求項１記載の電磁波吸収材。
3. 【請求項３】上記磁性体からなる粒子は、上記集合体中
   における結晶方位が、等方的であるか、または一方向に
   配向しているか、あるいは空間的に分布をもって配向し
   ていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の
   電磁波吸収材。
4. 【請求項４】パッケージを構成する内壁の一部または全
   部に、上記請求項１から上記請求項３のいずれかに記載
   した電磁波吸収材を配したパッケージ。