JP3979541B2

JP3979541B2 - 複合磁性体及びそれを用いた電磁干渉抑制体

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Publication number: JP3979541B2
Application number: JP2006198083A
Authority: JP
Inventors: 栄吉吉田; 光晴佐藤; 英州菅原; 島田　　寛
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2006-07-20
Filing date: 2006-07-20
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2015-07-20
Also published as: JP2006332693A

Description

本発明は、有機結合剤中に軟磁性体粉末を混練・分散させた複合磁性体とそれを用いた電磁干渉抑制体に関し、詳しくは、高周波電子回路／装置において問題となる電磁干渉の抑制に有効な複素透磁率特性の優れた複合磁性体と、その製造方法及びそれを用いた電磁干渉抑制体に関する。

近年、デジタル電子機器をはじめ高周波を利用する電子機器類の普及が進み、中でも準マイクロ波帯域を使用する通信機器類の普及がめざましい。携帯電話に代表される移動体通信機器は、小型化軽量化の要求が顕著であり、高密度実装化が重要な技術課題の一つとなっている。したがって、過密に実装された電子部品類やプリント配線、あるいは、モジュール間配線等が互いに極めて接近することになり、更には、信号処理速度の高速化も図られているため、静電および電磁結合による線間結合の増大化や放射ノイズによる干渉などが生じ機器の正常な動作を妨げる事態が少なからず生じている。このような電磁障害に対して、従来は、主に導体シールドを施すことによる対策がなされてきた。

特開昭５７−１８０２０６号公報

しかしながら、導体シールドは空間とのインピーダンス不整合に起因する電磁波の反射を利用する電磁障害対策であるために、遮蔽効果は得られても不要輻射源からの反射による電磁結合が助長され、その結果、二次的な電磁障害を引き起こす場合が少なからず生じている。この二次的な電磁障害対策として、磁性体の磁気損失を利用した不要輻射の抑制が有効である。即ち、前記シールド体と不要輻射源の間に磁気損失の大きい磁性体を配設することで不要輻射を抑制することができる。

ここで、磁性体の厚さｄは、μ″＞μ′なる関係を満足する周波数帯域にてμ″に反比例するので、前記した電子機器の小型化及び軽量化要求に迎合する薄い電磁干渉抑制体、即ち、シールド体と磁性体からなる複合体を得るためには、虚数部透磁率μ″の大きな磁性体が必要となる。また、前記した不要輻射は、多くの場合、その成分が広い周波数範囲にわたっており、電磁障害に係る周波数成分の特定も困難な場合が少なくない。従って、前記電磁干渉抑制体についても、より広い周波数の不要輻射に対応できるものが望まれている。

そこで、本発明の一つの技術的課題は、移動体通信機器をはじめとする高周波電子機器類内部での電磁波の干渉抑制に有効な薄厚の電磁干渉抑制体とそれに用いる複合磁性体及びその製造方法を提供することにある。

また、本発明の他の技術的課題は、複雑な形状への対応や厳しい耐振動、衝撃要求への対応が可能である複合磁性体、その製造方法、及びそれを用いた電磁干渉抑制体を提供することにある。

本発明者らは、懸る要求に対応すべく広い周波数範囲にて磁気損失体として機能する磁性体、即ち、μ″＞μ′なる周波数領域において、μ″が広い周波数範囲に亘って大きな値を示す磁性体の検討を行った。即ち、本発明者らは、以前に形状異方性を有する軟磁性体粉末において磁気共鳴により発現すると思われる数十ＭＨｚから数ＧＨｚに亘る磁気損失を利用する電磁干渉抑制体（特願平６−４８６４号、参照）を作製し、形状異方性の付与による電磁干渉抑制効果の改善を示した。ところで、この磁気共鳴の発現（周波数シフト）には、前記形状磁気異方性の他に結晶磁気異方性や各種誘導磁気異方性を利用することも可能であり、これらの総合による異方性の大きさ、即ち、異方性磁界（Ｈｋ）を制御することにより、所望の周波数に磁気共鳴を発現できることが示されている。本発明者らは、この点に新ためて着目し、周波数の異なる複数の磁気共鳴を発現させることにより、各々の磁気共鳴に対応して異なる周波数領域に出現する個々の磁気損失が重畳され、その結果、広帯域なμ″分散特性が得られるものと推測し、種々検討した結果、本発明をなすに至ったものである。

本発明によれば、軟磁性体粉末と有機結合剤からなる電気的に非良導性の複合磁性体であって、前記複合磁性体は、互いに異なる大きさの異方性磁界（Ｈｋ）によってもたらされる磁気共鳴を少なくとも２つ有することを特徴とする複合磁性体が得られる。

また、本発明によれば、実質的に前記複合磁性体からなる電磁干渉抑制体であって、前記複合磁性体の前記互いに異なる大きさの異方性磁界（Ｈｋ）に相応して相異なる周波数領域に出現する複数の磁気共鳴のうち、最も低い周波数領域に現れる磁気共鳴が、当該電磁干渉抑制体の電磁干渉抑制周波数帯域の下限よりも低い周波数領域にあることを特徴とする電磁干渉抑制体が得られる。

また、本発明によれば、前記電磁干渉抑制体において、前記軟磁性体粉末は、異なる大きさの磁気異方性を有する少なくとも２種の軟磁性体粉末の混合体であることを特徴とする電磁干渉抑制体が得られる。

また、本発明によれば、前記電磁干渉抑制体において、前記軟磁性体粉末は、表面に酸化物層を備えていることを特徴とする電磁干渉抑制体が得られる。

また、本発明によれば、少なくとも２種の互いに異なる大きさの磁気異方性を有する軟磁性体粉末と有機結合剤とを混合し成形することによって、電気的に非良導性であって、互いに異なる大きさの異方性磁界（Ｈｋ）によってもたらされる磁気共鳴を少なくとも２つ有する複合磁性体を得ることを特徴とする複合磁性体の製造方法が得られる。

また、本発明によれば、前記複合磁性体の製造方法において、前記軟磁性体粉末を、前記有機結合剤と混合する前段階、又は混合過程後にて気相徐酸法又は液相徐酸法によって酸素含有混合ガスにより表面酸化することを特徴とする複合磁性体の製造方法が得られる。

ここで、所望の磁気損失特性に対応する必要な大きさの異方性磁界（Ｈｋ）を与える複合磁性体を得るには、形状磁気異方性、結晶磁気異方性、誘導磁気異方性、あるいは磁気弾性効果（磁歪）による異方性のいずれか、あるいはその複数を有する軟磁性粉末を用いれば良い。即ち、本発明において、複数の互いに異なる周波数の磁気共鳴及びそれに対応する帯域拡張された磁気損失を得るためには、互いに異なる大きさの異方性磁界（Ｈｋ）を有する複数の磁性粉末を混合すればよい。

これ以外に複数の磁気共鳴を得る手段として、以下に述べる粉末および粉末複合体特有の性質、あるいは粉末の粉砕・展延プロセスを積極的に利用することも可能である。

即ち、第１に、単一原料種を特定の条件下で加工することにより得られる粉体特性の分化を利用する方法がある。第２に、粉体の粉砕・展延加工に用いる粉砕メディアをスチール球のような軟磁性メディアとすることで、メディアの磨耗により軟磁性の磨耗粉が混入する、いわゆる汚染現象を積極的に利用する方法がある。また、第３には、単一種粉末の複合体中での存在形態の違いを利用する方法がある。例えば、同一マトリクス中に一次粒子として存在する粒子群と、凝集してその内部のぬれが不十分で、そのために粒子間が極めて接近、あるいは接触している粒子群とでは、磁気的相互作用や配向挙動が異なるために異方性磁界が分散する。更には、試料の形状が薄膜状、シート状であれば実効的異方性磁界は試料形状による反磁界との代数和となるので、原料磁性粉末の配向制御も積極的に利用できる。

本発明において利用する複数の異方性磁界を得る手段としては、これらのいずれの方法を用いても良いが、所望の磁気損失帯域が得られるように複数の異方性磁界を与えることが重要である。特に、その内、最も低周波数側に出現する磁気共鳴を与える異方性磁界については、虚数部透磁率（磁気損失）の分散が実数部透磁率の減少に伴って生じることを踏まえて、所望する電磁干渉抑制周波数帯域の下限よりも低い周波数領域に磁気共鳴を与える値に設定する必要がある。

ここで、本発明において用いることのできる軟磁性粉末としては、高周波透磁率の大きな鉄アルミ珪素合金（センダスト）、鉄ニッケル合金（パーマロイ）、あるいはアモルファス合金等の金属軟磁性材料を粉砕、延伸〜引裂加工、あるいはアトマイズ造粒等により粉末化したものを代表として挙げることができるが、本発明の必要要素である複合磁性体の非良導性を軟磁性粉の高充填状態においても確保できるように、少なくともその表面が酸化され、それによって個々の粒子が電気的に隔離されることが望ましい。

また、本発明の軟磁性粉末には、スピネル型フェライト、プレーナ型フェライト等の酸化物軟磁性体の粉末を用いることもでき、前記金属軟磁性粉末との混合使用も可能である。

さらに、本発明の副材料として用いる有機結合剤としては、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ニトリル−ブタジエン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム等の熱可塑性樹脂、あるいはそれらの共重合体、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、及びイミド系樹脂等の熱硬化性樹脂等を挙げることができる。

以上、述べた本発明の構成要素を混練、分散し複合磁性体を得る手段には特に制限はなく、用いる結合剤の性質や工程の容易さを基準に好ましい方法を選択すればよい。

また、本発明の複合磁性体および電磁干渉抑制体は、互いに異なる大きさの複数の異方性磁界（Ｈｋ）を有し、それに伴い相異なる周波数領域に複数の磁気共鳴が出現する。そのため、該複数の磁気共鳴に伴って相異なる周波数領域に現れる虚数部透磁率μ″が重畳され、その結果、広帯域なμ″分散特性を得ることができる。ここで、虚数部透磁率μ″は、電磁波の吸収に必要な磁気損失項であり、μ″の値が大きく且つ広帯域に亘っていることにより優れた電磁干渉抑制効果が現れる。

また、本発明に用いられる軟磁性粉末は、少なくともその表面が酸化されているために、粉末の充填率が高い場合においても個々の粒子が電気的に隔離された状態で存在することになり、良導性のバルク体にみられるような渦電流損失による周波数特性の劣化が少ないばかりでなく、空間とのインピーダンス不整合による表面での電磁波の反射が起こりにくくなり、高周波領域にて優れた電磁干渉抑制効果を発揮することができる。

本発明の複合磁性体およびそれを用いた電磁干渉抑制体は、互いに異なる大きさの複数の異方性磁界（Ｈｋ）を有し、それに伴い相異なる周波数領域に複数の磁気共鳴が出現するので、広帯域なμ″分散特性が得られる。この虚数部透磁率μ″は、電磁波の吸収に必要な磁気損失項であり、μ″の値が大きく且つ広帯域に亘っていることにより優れた電磁干渉抑制効果が現れる。即ち、移動体通信機器をはじめとする高周波電子機器類内部での電磁波の干渉抑制に有効な薄厚の電磁干渉抑制体を提供することができる。

さらに、本発明の複合磁性体およびそれを用いた電磁干渉抑制体は、その構成要素から判るように容易に可とう性を付与することが可能であり、複雑な形状への対応や厳しい耐振動、衝撃要求への対応が可能である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

まず、本発明の実施の一形態による電磁干渉抑制体に用いられる複合磁性体とその原料である軟磁性粉末の製造方法の一例について説明する。

はじめに、水アトマイズ法により作製された平均粒径が異なる複数の鉄アルミ珪素合金粉末を用意し、アトライタ及びピンミルを用い様々な条件下にて延伸〜粉砕加工を行い、さらに炭化水素系有機溶媒中で酸素分圧３５％の窒素−酸素混合ガスを導入しながら８時間撹拌し、液相徐酸処理した後、分級処理を施し異方性磁界（Ｈｋ）の異なる複数の粉末試料を得た。ここで得られた粉末を表面分析した結果、Ａｌ−Ｏ及びＳｉ−Ｏ結合が明確に確認され、試料粉末の表面において酸化皮膜の存在が認められた。

なお、延伸〜粉砕加工処理された鉄アルミ珪素合金粉末を減圧乾燥し、これを酸素分圧２０％の窒素−酸素混合ガス雰囲気中で気相徐酸した試料についてもその表面にＡｌ−Ｏ及びＳｉ−Ｏ結合が検出され、本発明に用いることのできる少なくともその表面が酸化された軟磁性粉末が液相あるいは気相徐酸法にて製造できることが確認された。

本発明の一実施の形態に係る電磁干渉抑制体の特性を検証するにあたり、これらの粉末試料を用いて以下に述べる複合磁性体を作製し、μ−ｆ特性及び電磁干渉抑制効果を調べた。ここで、μ−ｆ特性の測定には、トロイダル形状に加工された複合磁性体試料を用いた。これを１ターンコイルを形成するテストフィクスチャに挿入し、インピーダンスを計測することによりμ′及びμ″を求めた。

一方、電磁干渉抑制効果の検証は、図１に示される評価系により行い、電磁干渉抑制体１０の試料には、銅板８が裏打ちされた厚さ２ｍｍで、一辺の長さが２０ｃｍの複合磁性体２を用いた。ここで、電磁界波源用発振器６を用いた波源用素子及び受信用素子には、ループ径１．５ｍｍの電磁界送信用及び電磁界受信用の微小ループアンテナ４，５を用い、結合レベルの測定にはネットワークアナライザ（電磁界強度測定器）７を使用した。

（実施例１）
表１の配合からなる軟磁性体ペーストを調合し、これをドクターブレード法により製膜し、熱プレスを施した後に８５℃にて２４時間キュアリングを行い、評価用試料１を得た。

なお、得られた試料１を振動型磁力計並びに走査型電子顕微鏡を用いて解析したところ、磁化容易軸及び粒子配向方向は試料膜面内方向であった。

（実施例２）
表２の配合からなる軟磁性体ペーストを調合し、実施例１と同様な方法にて評価用試料２を得た。

なお、得られた試料２を振動型磁力計並びに走査型電子顕微鏡を用いて解析したところ、磁化容易軸及び粒子配向方向は試料膜面内方向であった。

（比較例１）
表３の配合からなる軟磁性体ペーストを調合し、実施例１と同様な方法にて評価用試料３を得た。

なお、得られた試料３を振動型磁力計並びに走査型電子顕微鏡を用いて解析したところ、磁気的には、ほぼ等方性であった。

実施例１、実施例２、及び比較例で得られた各試料のμ−ｆ特性を図２〜図４に示す。

図２及び図３は、各々本発明の実施例１、実施例２である試料１及び試料２のμ−ｆ特性であり、いずれの試料についても高周波領域においてμ″の値が大きく且つ広帯域に亘っていることが判る。

一方、図４に比較例として示した従来の試料３では、μ−ｆ特性は複合磁性体にみられる一般的な傾向を示しており、μ″の分布は広くない。

即ち、これらの結果より、本発明の実施例１、実施例２に係る複合磁性体は、高周波領域において広帯域な磁気損失特性を有していることが判る。

次に、各試料の粉末充填率、表面抵抗、μ″分布、及び電磁干渉抑制効果を表４に示す。ここで、表面抵抗はＡＳＴＭ−Ｄ−２５７法による測定値であり、電磁干渉抑制効果の値は、銅板を基準（０ｄＢ）としたときの信号減衰量である。

表４より、以下に述べる効果が明白である。

即ち、本発明の実施例１、実施例２に係る試料１、試料２、及び比較例に係る試料３ともに、表面抵抗の値が１０⁷〜１０⁸Ωとなっており、少なくとも表面が酸化された磁性粉末を用いることによって、複合磁性体を非良導性とすることができ、導体やバルクの金属磁性体等にてみられるようなインピーダンス不整合による電磁波の表面反射を抑制できる。

更に、本発明の実施例１、実施例２に係る試料１及び２では、粉末の充填率が比較例１に係る試料３に比べて低いにもかかわらず良好な電磁干渉抑制効果を示しており、本発明によるμ″分布の拡張効果が電磁干渉抑制に極めて有効であることが理解できる。

なお、本発明において用いられる軟磁性体の少なくともその表面を酸化させることの効果については、前記以外に次の効果も期待できる。

例えば、粉体表面酸化層（＝非磁性層）の厚さを制御することによって磁性体層（＝非酸化層）の厚みを変えることができ、異方性磁界（Ｈｋ）の値を制御することが可能となる。

電磁干渉抑制体の特性評価に用いた評価系を示す概略図。実施例１の条件にて作製した試料１のμ−ｆ特性図。実施例２の条件にて作製した試料２のμ−ｆ特性図。比較例１の条件にて作製した試料３のμ−ｆ特性図。

符号の説明

２複合磁性体
４，５微小ループアンテナ
６電磁界波源用発振器
７電磁界強度測定器
８銅板
１０電磁干渉抑制体

Claims

異方性磁界の互いに異なる複数種の軟磁性体粉末と有機結合剤からなる電磁干渉抑制体であって、少なくとも２つの磁気共鳴を有するμ″分散特性を備え、前記磁気共鳴のうちの少なくとも一つに対応する周波数がμ″＞μ´の領域にあり、前記少なくとも２つの磁気共鳴のうち高い周波数に現れた磁気共鳴のμ″の値が最も低い周波数に現れた磁気共鳴のμ″の値よりも大きくなるように、前記複数種の軟磁性体粉末を選択してなることを特徴とする電磁干渉抑制体。
前記複数種の軟磁性体粉末は単一原料種からなる、請求項１記載の電磁干渉抑制体。
前記異方性磁界の互いに異なる複数種の軟磁性体粉末は、形状磁気異方性、結晶磁気異方性、誘導磁気異方性、若しくは磁歪による異方性の少なくともいずれか一つにおいて互いに異なる大きさを有している、請求項１又は請求項２記載の電磁干渉抑制体。
前記軟磁性体粉末は、表面に酸化物層を備えている、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電磁干渉抑制体。