JP4251482B2

JP4251482B2 - 電磁干渉抑制体

Info

Publication number: JP4251482B2
Application number: JP2003170427A
Authority: JP
Inventors: 幸一近藤; 興邦高畑; 龍矢千葉; 栄吉吉田; 正紀阿部
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC; NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2023-06-16
Also published as: JP2005005641A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピネル型フェライト薄膜を用いた電磁干渉抑制体に関し、特に高周波領域において不要電磁波の干渉によって生じる電磁障害を抑制するため等に用いられる電磁干渉抑制体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の小型化の進展により、それを構成する電子部品への小型化の要求は年々高まってきている。その要求に伴い、高周波領域において不要電磁波の干渉によって生じる電磁障害を抑制するために用いられる電磁干渉抑制体等においても、その軟磁気特性を有する材料には高い透磁率および高い磁気共鳴周波数ｆｒおよび小型化のためにシート状または薄膜の磁性体が求められている。
【０００３】
現在は、電磁干渉抑制体として、一般に、特許文献１のようにセンダスト系（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ）軟磁性合金粉末と有機結合剤からなる複合磁性体シートが用いられている。しかしながら、軟磁性合金粉末と有機結合剤からなる複合磁性体シートでは、さらなる高周波化および薄型化への対応が困難である。
【０００４】
薄膜磁性体の製造方法として、フェライトメッキが知られており、例えば、特許文献２に示されているように、固体表面に、第１鉄イオンとその他フェライト形成用の金属イオンを含む水溶液を接触させ、固体表面に第１鉄イオン（または水酸化物イオン）を吸着させ、続いて吸着した第１鉄イオンを酸化させることにより第２鉄イオンとし、これが前記の金属イオン（または水酸化金属イオン）との間でフェライト結晶化反応を起こし、これによって固体表面にフェライト膜が形成される。
【０００５】
フェライトメッキでは、膜を形成しようとする基体として前述した水溶液に対して耐性がある、あらゆる材質を用いることができ、また更に、水溶液を介した反応であるため、温度が比較的低温（常温〜水溶液の沸点以下）でフェライト膜を形成できるという特徴がある。また、スパッタ薄膜よりも生産性が高いと考えられるため、磁気デバイスヘの応用が期待される技術の一つである。
【０００６】
従来、フェライトメッキによるフェライト薄膜の製造方法として、多くの特許出願がなされているが、代表的なものとして特許文献２、特許文献３があげられる。また、特許文献以外にも、最近発表された非特許文献１がある。
【０００７】
特許文献２には、基板への吸着性を改善し密着性を向上させるために、基板にプラズマ処理を行うことが記載されている。
【０００８】
特許文献３には、フェライト薄膜の組成を調整することにより、高特性が得られることが記載されている。具体的には、Ｃｏ添加の効果が述べられており、膜中の重量比Ｃｏ／Ｆｅ＝０.００１〜０.３で優れた磁気特性が得られている。但し、用途は磁気記録媒体であり、高保磁力化や高残留磁束密度化を目的としている。
【０００９】
非特許文献１には、フェライト薄膜の組成を調整することにより、透磁率の向上と共鳴周波数の向上が達成できたことが記載されている。具体的には、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｏフェライト薄膜で高特性μ”＝３０ａｔ３ＧＨｚが得られている。但し、電磁干渉抑制効果については具体的に例示されておらず、電磁干渉抑制体としての膜厚等は規定されていない。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１０６８２１号公報
【特許文献２】
特開昭６１−０３０６７４号公報
【特許文献３】
特開昭６０−２０２５２２号公報
【非特許文献１】
N.Matsushita,T.Nakamura,and M.Abe,"Ni-Zn-Co ferrite films prepared at 90 ℃ having μ"＝30 at 3GHz,"IEEE Trans. Magn.,vol.38,No.5,pp.3111-3113,September 2002(2002年９月出版)
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
高周波領域における電磁干渉抑制体等への応用という観点からみると、それに用いられる磁性体は高い透磁率を有すること、特に複素透磁率の実部μ’が大きいことが必要であり、さらには、その透磁率が減衰する周波数の目安である磁気共鳴周波数が高い材料が求められている。前述のように、薄型化という観点ではフェライトメッキによるフェライト膜が有望である。しかし、特性の面では、フェライトメッキにより得られる膜の組織制御が不可欠であり、工業的な生産性の面からはフェライトメッキによるフェライト膜の生成速度向上が不可欠であるが、共に満足させることは困難であった。従って、工業的に高特性で、適切な膜厚のフェライト薄膜を用いた電磁干渉抑制体は提供されていなかった。
【００１２】
そこで、本発明における目的は、フェライトメッキ法によって形成されたフェライト膜において、懸かる従来の欠点を解消し、工業的に適切な膜厚の高透磁率、高磁気共鳴周波数のフェライト薄膜を用いた電磁干渉抑制体を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、フェライトメッキによるフェライト膜に関して、種々検討の結果、フェライト膜の組織制御と生産性を両立させることが可能となり、適切な膜厚のフェライト薄膜を用いた電磁干渉抑制体を提供できることを見出した。
【００１７】
本発明によれば、膜厚が０．５μｍより大きいフェライト薄膜を含む電磁干渉抑制体であって、前記フェライト薄膜は、複素透磁率の実部μ’と磁気共鳴周波数ｆｒの積（μ’×ｆｒ）が３０ＧＨｚ以上であり、前記フェライト薄膜がＮｉ、Ｚｎ、Ｆｅ、ＯおよびＣｏを含有し、その含有量がモル比でＣｏ／（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｚｎ＋Ｃｏ）の値が０．０１／３以上、０．１／３以下であることを特徴とする電磁干渉抑制体が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
フェライトメッキによって作製された、膜厚が０.５μｍより大きいフェライト薄膜を用いることによって高周波領域に対応した薄型の電磁干渉抑制体が得られる。
【００１９】
また、上記フェライト薄膜の複素透磁率の実部μ’と磁気共鳴周波数ｆｒの積（μ’×ｆｒ）が３０ＧＨｚ以上である場合に優れた高周波特性を有する薄型の電磁干渉抑制体が得られる。また、上記電磁干渉抑制体はＮｉ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｏを少なくとも含有し、更にＣｏを含有する事により、電磁干渉抑制効果がさらに向上する。
【００２０】
また、本発明において、電磁干渉抑制体の膜厚を０.５μｍより大きいと規定したのは、膜厚が０.５μｍに満たない場合は電磁干渉抑制効果が非常に小さく、また膜厚が厚いほど電磁干渉抑制効果が向上するためである。
【００２１】
従来のフェライトメッキでは、前述の如く、組織制御と生産性を両立するのが難しく膜厚が０.５μｍ以上の電磁干渉抑制体は提供されていない。本発明の電磁干渉抑制体を製造するには、以下のような方法が採用できる。
【００２２】
少なくとも第一鉄イオンを必須とする、フェライトを形成する金属イオンを含む溶液（反応液）を基体に接触させ、金属イオンを基体に吸着させ、反応液を除去する。次いで、この金属イオンを吸着した基体に、酸化剤を含む溶液（酸化液）を接触させ、この酸化液を除去する。この工程を繰り返すことにより基体上にフェライト薄膜を形成する。
【００２３】
また、上記の製造方法は、一方の溶液を供給し、供給した溶液を除去する工程と、他方の溶液を供給し、供給した溶液を除去する工程とを繰り返し行う方法であるが、二つの溶液（反応液と酸化液）を同時に供給し、この溶液を除去する工程を繰り返す方法であっても良く、さらにこれらを複合した方法であっても構わない。
【００２４】
このような製造方法により、フェライト薄膜の生成速度を向上し、かつ、均質な膜とすることが可能となる。本製造方法における反応液、酸化液を除去する工程が、フェライト薄膜の生成速度を向上し、かつ均質な膜とすることの原因の詳細は明らかとなっていない。しかし、反応液、酸化液を除去する工程が、固体表面以外での副次的なフェライト微粒子の形成を抑制し、また固体表面に均一に第一鉄イオンを吸着させるものと考えられる。
【００２５】
基体は、ガラス基板、アルミナ基板、銅板、エポキシ基板等の、セラミクス、金属、プラスチック他の材質のものが適宜選択可能である。但し、金属イオンを含む水溶液や酸化剤を含む溶液とあまり反応しないものの方が望ましい。基体は、親水性にするためのプラズマ処理や、表面の粗面化処理等の表面加工を施すことにより、フェライト薄膜の密着性の向上等が期待できる。
【００２６】
金属イオンを含む溶液は、第一鉄イオン以外にＭｎ、Ｚｎを用いれば、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト薄膜が、Ｎｉ、Ｚｎを用いればＮｉ−Ｚｎ系フェライト薄膜が形成可能である。その他、Ｃｕ、Ｃｏイオン等、目的とする組成のフェライトに応じて選択すればよい。金属イオンは、塩酸、硫酸、硝酸等の塩の形の水溶液等とすればよい。
【００２７】
酸化剤としては亜硝酸塩等が挙げられ、亜硝酸ナトリウムの水溶液が使い易い。また、緩衝剤を同時に用いると良く、例えば、酢酸アンモニウムの水溶液を別に、あるいは酢酸アンモニウムと亜硝酸ナトリウムを一緒に溶解した水溶液の形で基体に接触させる。
【００２８】
また、基体や溶液を溶液の沸点以下に加熱することで、反応速度を高めることが出来る。
【００２９】
以下、図１に示す製造装置により、具体的に説明する。４はフェライト薄膜を形成する基体であり、回転台３の上に設置される。５、６はフェライトメッキに必要な溶液を貯蔵するためのタンクである。フェライトメッキ工程における反応液、酸化液の除去を効率よく行うためには、必要な溶液は幾つかに分けて準備する方が良い。図１では、フェライトメッキに必要な溶液を二つに分けた場合を示す。タンク５、６に貯蔵された溶液は、ノズル１、２を介して基体４に供給される。その際、例えば、ノズル１を介して基体４に反応液が供給された後、供給された反応液が回転による遠心力で除去され、ノズル２を介して基体４に供給された酸化液が、回転による遠心力で除去されることを繰り返す。
【００３０】
本製造方法では、反応液、及び酸化液を基体から除去する際、遠心力を用いているが、この方法に限らず、重力によって反応液、酸化液に付与される流動性を利用して除去することも可能である。また、気体により溶液を吹き飛ばす方法や、ポンプにより溶液を吸引除去する方法等を採用しても構わない。
【００３１】
また、本発明に係わるフェライト薄膜は、膜中に少なくともＮｉ、ＺｎおよびＦｅを含有することにより、高周波特性の良いフェライト薄膜が得られる。また、これにＣｏを添加することにより電磁干渉抑制効果が向上する。フェライト薄膜中に含まれるＣｏ量は、モル比でＣｏ／（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｚｎ＋Ｃｏ）の値が０.３／３以下が適当であり、０.０１／３〜０.１／３程度が最も好ましい。Ｃｏ添加により電磁干渉抑制効果が向上する原因は明らかではないが、Ｃｏがフェライトの結晶磁気異方性を低下させ、高周波数領域で高い磁気損失を発生させるためと考えられる。
【００３２】
また、本発明により、複素透磁率の実部μ’と磁気共鳴周波数ｆｒの積（μ’×ｆｒ）が３０ＧＨｚ以上のフェライト薄膜が得られる。ここで、複素透磁率の実部μ’は低周波数領域（約１０ＭＨｚ）における透磁率の実部μ’であり、磁気共鳴周波数ｆｒは低周波数領域における複素透磁率の実部μ’が１／２に低下するときの周波数である。
【００３３】
上述の製造方法で、膜厚が０.５μｍ以上で積（μ’×ｆｒ）が３０ＧＨｚ以上の本発明のフェライト薄膜が得られる。この理由は明らかではないが、本製造方法における反応液、酸化液を除去する工程が、固体表面以外での副次的なフェライト微粒子の形成を抑制し、また固体表面に均一に第一鉄イオンを吸着させ、結果として工業的な生産性を満足する状況で積（μ’×ｆｒ）が３０ＧＨｚ以上となる、非常に優れた特性のフェライト薄膜である電磁干渉抑制体が得られるものと考えられる。
【００３４】
特許文献２には、反応液と酸化液を断続的に交互に供給することによりフェライト薄膜を製造する方法が記載されているが、溶液を除去する工程はなく、高周波特性についても明示されていない。非特許文献１にも高周波特性の優れたフェライト薄膜が記載されているが、反応液、及び酸化液を除去する工程の重要性については明示されていないし、複素透磁率の実部μ’と磁気共鳴周波数ｆｒの積（μ’×ｆｒ）が３０ＧＨｚ以上で膜厚０.５μｍ以上のフェライト薄膜も明示されていない。
【００３５】
【実施例】
図１に示す装置の回転板の上にプラズマ処理により親水化処理をした寸法３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス製基板（表面粗さＲａ＜０.１μｍ）を設置し、１５０ｒｐｍで回転させながら脱酸素イオン交換水を供給しながら９０℃まで加熱した。ついで、装置内にＮ₂ガスを導入し脱酸素雰囲気を形成した。脱酸素イオン交換水中にＦｅＣ１₂・４Ｈ₂Ｏ、ＮｉＣｌ₂・６Ｈ₂Ｏ、ＺｎＣｌ₂、ＣｏＣｌ₂・６Ｈ₂Ｏをそれぞれ所望の量、割合で溶かした反応液と、脱酸素イオン交換水中にＮａＮＯ₂とＣＨ₃ＣＯＯＮＨ₄をそれぞれ溶かした酸化液とをノズルによりそれぞれ３０ｍｌ／ｍｉｎの流量で供給した。その際、膜厚が異なる膜が得られるように反応液と酸化液を供給する時間を調整した。その後、取り出した各基板の板上には黒色膜が形成されており、これがＮｉ、Ｚｎ、Ｆｅ、（Ｃｏ）、Ｏからなるスピネル型のフェライト薄膜であることをＸ線回折及び化学分析により確認した。なお、ＳＥＭを用いた組織観察の結果、膜厚が均一で０.１〜３μｍのフェライト薄膜が形成されていた。
【００３６】
本発明により得られたフェライト薄膜の電磁雑音抑制効果を図２に示す評価系を用いて確認した。図２において、７はフェライト薄膜形成時の基体および伝送線路として用いたマイクロストリップライン（ＭＳＬ）であり、厚さ０.４ｍｍ、３０ｍｍ角のガラスエポキシ基板の表面中央部に幅約０.７ｍｍの中心導体を全幅３０ｍｍに渡って形成し、裏面はグラウンド導体をなし、その特性インピーダンスは５０Ωである。図２において、８はネットワークアナライザーである。測定はＭＳＬ７の両端を、同軸ケーブル９を介してネットワークアナライザ８に接続し、ＭＳＬ単体での伝送特性を基準にＭＳＬ上にフェライト膜１０を配置した場合の伝送特性を求めたものである。
【００３７】
表１に、得られた膜の膜厚、組成、低周波数領域（約１０ＭＨｚ）における透磁率の実部（μ’）と磁気共鳴周波数（ｆｒ）の積（μ’×ｆｒ）および伝送特性（反射特性Ｓ１１およびＭＳＬ自体の透過損失分を差し引いた透過特性ΔＳ２１）を示す。なお、ｆｒは低周波数領域におけるμ’が１／２に低下するときの周波数である。
また、表１における発明品１、２、３はＣｏを含まないため、以下では参考例として説明する。
【００３８】
【表１】

【００３９】
発明品のＳ11は十分に低い値であり、例えば、実際の電子回路に用いても伝送信号に悪影響を及ぼすことは無いレベルだと考えられる。発明品のΔＳ21はＧＨｚ帯において絶対値が非常に高く、本発明によるフェライト薄膜を伝送線路上に設置することで、電子機器内で生じる高周波のノイズを減衰させる電磁干渉抑制体として有効であることがわかる。ΔＳ21の絶対値は３以上が望ましい。発明品のμ’×ｆｒは３０ＧＨｚ以上であり、膜厚は０.５μｍよりも大きく、発明品の膜中に含まれるＣｏ量はモル比でＣｏ／（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｚｎ＋Ｃｏ）の値が０.３／３以下が望ましく、特に０から０.１／３程度が最も好ましいことがわかる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フェライトメッキによって作製された、膜厚が０.５μｍより大きいフェライト薄膜を用いることによって、高周波数領域に対応した薄型の電磁干渉抑制体が得られ、高周波領域において不要電磁波の干渉によって生じる電磁障害を抑制する効果が期待できる。なお、本実施例においては、フェライト膜を形成する基体はガラス製基板を用いたが、基体はフェライト膜を形成できれば、例えば高分子製のフィルム等、どのような材質を用いても良い。少なくとも第一鉄イオンを含む反応液を基体に接触させる工程と、少なくとも酸化剤を含んだ酸化液を基体に接触させる工程と、前記反応液、酸化液を基体から除去する工程とからなる製造方法によりフェライト膜の生成速度を向上して工業的な生産性を増すことが可能であるので、本発明の電磁干渉抑制体の工業的な利用価値は大である。さらに、本製造方法により、複素透磁率の実部μ’と磁気共鳴周波数ｆｒの積（μ’×ｆｒ）が３０ＧＨｚ以上であるフェライト薄膜が得られるので、高周波領域における電磁干渉抑制体以外に、例えばインダクタンス素子、インピーダンス素子、磁気ヘッド、マイクロ波素子、磁歪素子等への応用も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフェライト薄膜の製造方法に係る装置の概略図。
【図２】フェライト薄膜の電磁干渉抑制効果の評価系の概略図。
【符号の説明】
１，２ノズル
３回転台
４基体
５，６タンク
７マイクロストリップライン（ＭＳＬ）
８ネットワークアナライザー
９同軸ケーブル
１０フェライト薄膜

Claims

膜厚が０．５μｍより大きいフェライト薄膜を含む電磁干渉抑制体であって、
前記フェライト薄膜は、複素透磁率の実部μ’と磁気共鳴周波数ｆｒの積（μ’×ｆｒ）が３０ＧＨｚ以上であり、
前記フェライト薄膜がＮｉ、Ｚｎ、Ｆｅ、ＯおよびＣｏを含有し、その含有量がモル比でＣｏ／（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｚｎ＋Ｃｏ）の値が０．０１／３以上、０．１／３以下であることを特徴とする電磁干渉抑制体。