JP4336088B2 - 電磁波吸収体及びこれを用いた高周波回路用パッケージ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波吸収特性の良好な電磁波吸収体及びこれを用いた高周波用回路パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、高周波回路用パッケージでは、金属またはセラミックス等からなる直方体状のパッケージ蓋体をパッケージベースに取り付けることにより気密封止を行っている。従って、高周波回路用パッケージ内部には直方体状の空洞が形成されることから、高周波回路用パッケージは方形空洞共振器と同様の性質を有する。そのため前記空洞の寸法によって定まる遮断周波数より高い周波数帯域で、空洞共振を生じるので、この周波数帯域で動作する高周波半導体素子あるいはその他の回路素子を高周波回路用パッケージに実装する場合には、前記空洞の寸法を小さくすることで、遮断周波数を前記素子が動作する周波数帯域よりも十分に高くしている。ところが、この方法では素子の動作周波数が高周波化するに伴い、素子が動作する周波数帯域より空洞共振が生じる周波数の方が低くなるという問題があった。近年、この問題を解決するために、電磁波吸収体を高周波回路用パッケージ内部に装着して、空洞共振時の電界エネルギーまたは磁界エネルギーを吸収することにより、空洞共振を抑制する方法が採られるようになってきている。
【０００３】
例えば、高周波回路用パッケージ内部に使用される電磁波吸収体としては、図７の高周波回路用パッケージ７０のように、パッケージ蓋体７１の裏面に直方体の形状を有するフェライトシートからなる電磁波吸収体７２を装着したもの、あるいは液状のフェライト塗料を塗布したもの（特許文献１）等が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２３６９３５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記高周波回路用パッケージ７０内部に装着されたフェライトシートや液状のフェライト塗料では、少なくとも２０重量％の合成樹脂が必要であるため、耐難燃性が劣るといった問題があった。そこで、この問題を解決するために、デカブロモジフェニルオキサイド、ＴＢＡエポキシオリゴマー・ポリマー、ＴＢＡカーボネートオリゴマー等の難燃剤を添加し耐難燃性の向上を図ることが一般的に行われているが、このような難燃剤はＢｒ、Ｃｌ元素を含む化合物であるため、温度負荷がかかるとＢｒ、Ｃｌ元素を含む脱離ガスが発生する。
【０００６】
このような難燃剤を含む電磁波吸収体７２を高周波回路用パッケージ７０内部に装着すると、パッケージ蓋体７１とパッケージベース７３との接合時や高周波回路用パッケージ７０とマザーボード（不図示）との接合時に温度負荷がかかるため、Ｂｒ、Ｃｌ元素を含む脱離ガスが高周波回路用パッケージ４０内部に充満する。このようなガスは腐食性があることから、高周波回路用パッケージ７０内部に実装される半導体素子（不図示）や、パッケージベース７３に形成される伝送線路（不図示）等を腐食させるといった問題があった。
【０００７】
また、脱離ガスの発生を抑制するために、機能性セラミックス、例えば、ＮｉーＺｎフェライトを電磁波吸収体に用いることも考えられるが、ＮｉーＺｎフェライトを構成するFｅ2Ｏ3は通常５０ｍｏｌ％未満であり、数ＭＨｚ程度の周波数帯域を対象とした電磁波吸収体にしか用いることができなかった。これに対し、近年、１０ＧＨｚ以上の高周波帯域に使用する電磁波吸収体が求められているが、このようなＮｉーＺｎフェライトを１０ＧＨｚ以上の高周波数帯域を対象とした電磁波吸収体に用いても所望の電磁波吸収特性が得られないという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、製造が容易であるとともに、電磁波吸収特性が良好でしかも脱離ガスが全く発生しない、主に１０ＧＨｚ以上の高周波数帯域を対象とした高周波回路用パッケージ部品に用いられる電磁波吸収体及びこれを用いた高周波回路用パッケージを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電磁波吸収体は、Ｆｅ2Ｏ3を主成分とし、その残部にＮｉＯを含有する焼結体からなり、Ｆｅ 2 Ｏ 3 相を主結晶相とする内部領域の表面に、ＮｉＦｅ 2 Ｏ 4 相を主結晶相とする表層が析出されていることを特徴とする。なお、前記ＮｉＦｅ 2 Ｏ 4 相を主結晶相とする表層の厚みが、その方向の焼結体の厚みに対し、合計３０％以下であることが好ましい。
【００１０】
また、上記電磁波吸収体はＦｅ2Ｏ3の含有量が７０〜９５ｍｏｌ％であることを特徴とする。
【００１１】
また、上記電磁波吸収体は、上記残部にＺｎＯ，ＣｕＯ，Ｂｉ2Ｏ3の少なくとも一種を含有することを特徴とする。
【００１２】
また、上記電磁波吸収体の体積固有抵抗値は５×１０5Ω・ｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
また、周波数１０ＧＨｚ以上における電磁波の減衰量が２ｄＢ以上であることが好ましい。
【００１５】
また、パッケージベースと、該パッケージベース上に取り付けられたパッケージ蓋体とからなる高周波回路用パッケージにおいて、上記電磁波吸収体を前記高周波回路用パッケージ内部に装着したことを特徴とする。
【００１６】
また、パッケージベースと、該パッケージベース上に取り付けられたパッケージ蓋体とからなる高周波回路用パッケージにおいて、前記パッケージ蓋体が上記電磁波吸収体で形成されたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電磁波吸収体について詳細に説明する。
【００１８】
先ず、本発明の電磁波吸収体はＦｅ2Ｏ3を主成分とし、その残部がＮｉＯを含有する焼結体からなり、周波数１０ＧＨｚ以上における電磁波の減衰量が２ｄＢ以上であることが重要である。
【００１９】
ここで、Ｆｅ2Ｏ3を主成分、即ち５０ｍｏｌ％以上としたのは、５０ｍｏｌ％未満とすると電磁波吸収体の体積固有抵抗が上がることで、良好な電磁波吸収特性が得られないからである。
【００２０】
また本発明の電磁波吸収体は、Ｆｅ2Ｏ3の含有量が７０〜９５ｍｏｌ％であることが好適である。
【００２１】
Ｆｅ2Ｏ3の含有量を７０ｍｏｌ％以上としたのは、５０ｍｏｌ％以上７０ｍｏｌ％未満では、電磁波吸収特性は良好であるものの、Ｆｅ2Ｏ3の含有量が微妙に違っても電磁波吸収特性に及ぼす感度が大きく、高周波回路用パッケージの設計を難しくするからである。
【００２２】
一方、Ｆｅ2Ｏ3の含有量を９５ｍｏｌ％以下としたのは、９５ｍｏｌ％を超えると、成形圧によっては焼結させることが難しくなり、良好な電磁波吸収特性が得られない場合があるからである。
【００２３】
また、その残部にＮｉＯを含有させたのは、ＮｉＯを全く含まない場合は電磁波吸収体の体積固有抵抗が上がり、良好な電磁波吸収特性が得られないとともに、低温で焼結させることが難しくなるからである。本発明の電磁波吸収体をなす焼結体は、上述したようにＦｅ2Ｏ3の含有量を多くするため、焼結性が悪くなる傾向があるが、所定量のＮｉＯを含有することで低温で緻密な焼結体を得ることができる。上記電磁波吸収体は成形圧や焼成温度によっては１０ｄＢ以上の大きな電磁波の減衰量が得られるという観点から電磁波吸収体に対し、ＮｉＯを１０〜３０ｍｏｌ％含有させることが好適である。
【００２４】
また、一般的な高周波用回路パッケージで用いられる周波数帯域、即ち周波数１０ＧＨｚ以上における電磁波の減衰量を２ｄＢ以上としたのは、２ｄＢ未満では空洞共振を抑制することができないからである。
【００２５】
また、上記残部はＺｎＯ，ＣｕＯ，Ｂｉ2Ｏ3の少なくとも一種を含有することが好ましく、このようにすることで、成形圧が４６０ＭＰａ程度と低くても、電磁波吸収体として焼結させることができる。ここで、ＺｎＯ，ＣｕＯ，Ｂｉ2Ｏ3の含有量は、電磁波吸収体の体積固有抵抗を１０4Ω・ｍ以下にできるという観点から、電磁波吸収体に対し、１ｍｏｌ％以上であることが好ましい。また、ＺｎＯ，ＣｕＯ，Ｂｉ2Ｏ3の含有量は、電磁波吸収体に対し、２５ｍｏｌ％以下であることが好ましく、２５ｍｏｌ％を超えると焼結可能な温度領域がたいへん狭くなり、量産には向かなくなってしまうからである。
【００２６】
さらに、電磁波吸収特性に大きな影響を及ぼす因子の一つである体積固有抵抗値は５×１０5Ω・ｍ以下とすることが好ましい。これは、体積固有抵抗値を５×１０5Ω・ｍ以下とすることで、周波数１０ＧＨｚ以上における電磁波の減衰量２ｄＢ以上の達成が容易となるからである。
【００２７】
また、本発明の電磁波吸収体は、Ｆｅ2Ｏ3を主成分とし、その残部にＮｉＯを含有する焼結体であって、該焼結体の表面の少なくともいずれか一面にＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させることが好ましい。本発明の電磁波吸収体のＸ線回折チャートを示す図において、Ｆｅ2Ｏ3（例えばＰＤＦ＃３３−０６６４のＦｅ2Ｏ3）の（１０４）面のピーク強度をＡ、ＮｉＦｅ2Ｏ4（例えばＰＤＦ＃１０−０３２５のＮｉＦｅ2Ｏ4）の（３１１）面のピーク強度をＢとするとき、Ｂ／Ａの値が１以上である表層を本発明の電磁波吸収体に含まれるＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層と定義する。前記表層の厚みは、本発明の電磁波吸収体の表面と内部の前記Ｂ／Ａの値を測定することにより求める。具体的には例えば、本発明の電磁波吸収体の面のＢ／Ａが１以上である面を少しずつ（厚みの３０％以下の範囲で）研磨し、この研磨面のＢ／Ａの値を測定する。本発明の電磁波吸収体においては、前記研磨面のＢ／Ａの値が１よりも小さくなったとき、研磨した厚みを研磨する前の厚みで割った値の比が３０％以下となる。
【００２８】
上記焼結体の表面の少なくともいずれか一面にＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させたのは、ＮｉＦｅ2Ｏ4相はスピネル構造を有することでコランダム構造を有するＦｅ2Ｏ3相より緻密化し、外部から空孔内への水分やガスの吸着を防止することができるからである。水分やガスの吸着を防止することで、後述のように電磁波吸収体を高周波回路用パッケージ内部に装着したり、高周波回路用パッケージの蓋体そのものが電磁波吸収体であったりしても、空孔から水分やガスが放出されることはないので、高周波回路用パッケージ内部の半導体素子や伝送線路等を腐食させることはなくなる。
【００２９】
また、後述のように電磁波吸収体を高周波回路用パッケージ内部に半田を用いて固定する場合、密着性を上げるため、通常、電磁波吸収体の当接面にＣｒ層、Ｎｉ層、Ａｕ層の順にメタライジングするが、ＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させることで、Ｎｉ層、Ａｕ層のみのメタライジングで、密着性を確保することができる。
【００３０】
なお、上記焼結体の表面全面にＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させることが最も好ましいが、焼結体の表面の少なくともいずれか一面の任意の部分にＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させてもよい。
【００３１】
さらに、上記焼結体の少なくともいずれか一面に析出させたＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層の厚みがその方向の焼結体の厚みに対し、合計３０％以下であることが好ましい。
【００３２】
具体的には、図９の本発明の電磁波吸収体で示すように、面１６ａあるいは面１６ｂにＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させた場合、表層の厚みがＺ方向の焼結体の厚みに対し、合計３０％以下であればよい。
【００３３】
また、面１６ｃあるいは面１６ｄにＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させた場合、表層の厚みがＸ方向の焼結体の厚みに対し、合計３０％以下であればよく、Ｙ方向についても同様の考え方を適用すればよい。
【００３４】
上記焼結体の少なくともいずれか一面に析出させたＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層の厚みをその方向の焼結体の厚みに対し、合計３０％以下としたのは、３０％を超えると後述の共振抑制効果を十分発揮することができなくなる場合があるからであり、３０％以下では、共振抑制効果を十分発揮することができるからである。
【００３５】
例えば、図１に示すように半導体素子（不図示）が実装された高周波回路基板１４が取り付けられ、その表面に伝送線路１５を形成したパッケージベース１２と、パッケージベース１２上に取り付けられたパッケージ蓋体１１とからなる高周波回路用パッケージ１０内部に本発明の電磁波吸収体１６を装着することで良好な電磁波吸収特性が得られるとともに、空洞共振を抑制することができる。
【００３６】
また、電磁波吸収体１６は、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｓ元素を含む化合物が含まれないことが重要である。電磁波吸収体１６がＢｒ、Ｃｌ、Ｓ元素を含む化合物を含んでいると、電磁波吸収体１６を高周波回路用パッケージ１０内部に装着した場合、半導体素子（不図示）や伝送線路１５等を腐食させるからである。本発明の電磁波吸収体１６はフェライト系セラミックスで形成されることからＢｒ、Ｃｌ、Ｓ元素を含む化合物を本質的には含んでいないので、半導体素子（不図示）や伝送線路１５等を腐食させることはない。
【００３７】
但し、本発明の電磁波吸収体１６は、ＳｉＯ2やＣａ，Ａｌ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｍｎ等の金属元素を不可避不純物として数１００ｐｐｍ程度含んでいても、半導体素子（不図示）や伝送線路１５等を腐食させることはないので、何ら差し支えない。
【００３８】
本発明の電磁波吸収体は、以下の方法によって作製される。
【００３９】
先ず、Ｆｅ2Ｏ3５０ｍｏｌ％以上の原料粉末及びＮｉＯの原料粉末を、水とともにボールミルまたはビーズビルに投入調合した後、６〜１０時間湿式混合を行うことで、所定の粘性を有するスラリーを得る。
【００４０】
ここで、Ｆｅ2Ｏ3原料粉末やＮｉＯ原料粉末をボールミルまたはビーズビルに投入調合する際、本発明の範囲内において公知の硬化剤、硬化助剤、滑材、可塑剤、分散剤、離型剤、着色剤、増量剤（無機材）を少量添加しても何ら差し支えない。
【００４１】
また、焼結性確保のため、平均粒径１μｍ以下、好ましくは０．８５μｍ以下のＦｅ2Ｏ3原料粉末やＮｉＯ原料粉末を用いることが好ましい。
【００４２】
さらに、より低圧での成形を可能にするという観点から、ＺｎＯ，ＣｕＯ，Ｂｉ2Ｏ3の少なくとも一種の原料粉末を添加することが好ましく、その添加量の合計が５〜１０ｍｏｌ％であることが特に好適であり、このようにすることで、成形に用いる装置のコスト低減を計ることができ、複雑な形状の電磁波吸収体を作製することもできるようになる。
【００４３】
次に、噴霧乾燥機を用い、上記スラリーを乾燥、造粒した後、得られた造粒粉を所望の成形手段、例えば、粉末加圧成形法により、任意形状の成形体を得る。
【００４４】
あるいは、上記スラリーを乾燥したものを７００〜９００℃程度で仮焼合成を行い、ボールミルやビーズミル等で粉砕し、噴霧乾燥機で再度乾燥させた後、所望の成形手段、例えば、粉末加圧成形法により、任意形状の成形体を作製してもよい。
【００４５】
ここで、粉末加圧成形法を用いる場合、その成形圧は、例えば４６０〜１９００ＭＰａとすればよい。
【００４６】
そして、上記成形体を１０００〜１４００℃、保持時間０〜２時間で焼成した後、３００〜５００℃／時間で降温することで本発明の電磁波吸収体が得られる。
【００４７】
また、体積固有抵抗値が５×１０5Ω・ｍ以下となる電磁波吸収体を得るには、上述した製造方法において、成形圧を９３４MＰａ以上とするか、焼成温度を１２００℃以上にすればよい。
【００４８】
また、焼結体の表面の少なくともいずれか一面にＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させた電磁波吸収体を得るには、上記成形体をＮｉ紛で囲繞または埋設した後、１０００〜１４００℃、保持時間０〜２時間で焼成し、３００〜５００℃／時間で降温すればよい。
【００４９】
このような製法で得られる電磁波吸収体を、Ｘ線回折を用いてその表面と内部の結晶構造を確認すると、例えば図８のようになる。図８は、電磁波吸収体にＸ線（ＣｕＫα線）を入射した際に、電磁波吸収体から放出されるブラッグ条件による反射Ｘ線の視射角（入射角の余角）をθとしたときの２θ（°）を横軸に、またそのピーク強度を縦軸に示すものであり、電磁波吸収体の内部ではＰＤＦ＃３３−０６６４のＦｅ2Ｏ3相の（１０４）面のピーク強度Ｐi（Ｆｅ2Ｏ3）がＰＤＦ＃１０−０３２５のＮｉＦｅ2Ｏ4相のピーク強度Ｐi（ＮｉＦｅ2Ｏ4）より高いことからＦｅ2Ｏ3相が主結晶相となっていることがわかる。一方、表面では、ＰＤＦ＃１０−０３２５のＮｉＦｅ2Ｏ4相の（３１１）面のピーク強度Ｐs（ＮｉＦｅ2Ｏ4）がＰＤＦ＃３３−０６６４のＦｅ2Ｏ3相の（１０４）面のピーク強度Ｐs（Ｆｅ2Ｏ3）より高いことからＮｉＦｅ2Ｏ4相が主結晶相となっていることがわかる。
【００５０】
ここで、焼結体の少なくともいずれか一面に析出させたＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層の厚みがその方向の焼結体の厚みに対し、合計３０％以下である電磁波吸収体を得るには、上述した焼成方法において焼成温度を１２００℃以下にすればよい。
【００５１】
なお、厚みの薄い電磁波吸収体を作製する場合、焼成後、研削あるいは研磨等の加工を施してもよい。
【００５２】
上記のようにして得られた電磁波吸収体は、直方体に限らず、円柱、円錐、三角柱、三角錐、それらの組み合わせ、あるいは電磁波吸収体内部に空隙部が存在しても良い。また、電磁波吸収体を装着する位置は高周波回路用パッケージの特性に影響が無く、且つ空洞共振を抑制できれば、高周波回路用パッケージ内部のどこでも良い。
【００５３】
本発明の電磁波吸収体１６を高周波回路用パッケージ１０内部に装着する場合、パッケージ蓋体１１に対し、電磁波吸収体１６を半田か公地の熱硬化性樹脂系接着剤で固定すればよい。熱硬化性樹脂系接着剤を用いる場合、特にエポキシ系樹脂を使用するのが好ましい。
【００５４】
ここで、半田や熱硬化性樹脂系接着剤にはＢｒ、Ｃｌ、Ｓ元素の化合物を含まないことが重要である。前述の通り、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｓ元素の化合物が含まれていると、半導体素子（不図示）や伝送線路１５等を腐食させる原因となるからである。
【００５５】
また、半田を用いて、電磁波吸収体１６をパッケージ蓋体１１に固定する場合、密着性を上げるため、本発明の電磁波吸収体の当接面に予めＮｉ層、Ａｕ層の順にメタライジングしておくことが好ましい。
【００５６】
あるいは、熱硬化性樹脂系接着剤（以下、単に接着剤という。）を用いて電磁波吸収体１６をパッケージ蓋体１１に固定する場合、接着剤のヤング率は１０ＧＰａ以下、特に５ＧＰａ以下であることが好ましい。これは、通常パッケージ蓋体１１の材質と電磁波吸収体１６の材質とは線膨張係数が異なるため、接着剤のヤング率が１０ＧＰａより大きくなると、電磁波吸収体１６の内部に発生する応力を十分に緩和することができずに高周波回路用パッケージ１０を破壊してしまうためである。
【００５７】
これらを満たす接着剤としては、エポキシ系樹脂が好ましく、特にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を使用するのが好ましい。
【００５８】
また、パッケージ蓋体１１に対する電磁波吸収体１６の接着方法は、予め電磁波吸収体１６またはパッケージ蓋体１１に接着剤を印刷、塗布等行った後、電磁波吸収体１６とパッケージ蓋体１１とを接触した状態で、所定の温度で熱処理することによって得られる。
【００５９】
また、電磁波吸収体１６には開気孔が存在することが好ましい。パッケージ蓋体１１と接する面に開気孔が存在すると、電磁波吸収体１６とパッケージ蓋体１１とを接着する際に、接着剤が電磁波吸収体１６の開気孔内に入り込み、接着強度を高くすることができる。電磁波吸収体１６の内部には、空隙、気孔等が存在するため、表面を研削加工することで開気孔が得られる。
【００６０】
このような開気孔を得るためには、電磁波吸収体１６の気孔率が２％から１５％程度であることが好ましい。
【００６１】
このような電磁波吸収体１６は、高周波回路用パッケージ１０内部で、空洞共振や半導体素子より発生する不要輻射波等を抑制することができるとともに、電磁波吸収体１０や接着剤から腐食性を有する脱離ガスが発生しないことから、信頼性の高い高周波回路用パッケージ１０とすることができる。
【００６２】
また、本発明の他の実施形態としては、図２に示すようにパッケージベース１２と、パッケージベース１２上に取り付けられたパッケージ蓋体１１とからなる高周波回路用パッケージ１０において、パッケージ蓋体１１を本発明の電磁波吸収体１６で形成してもよく、空洞共振や半導体素子より発生する不要輻射波等を抑制することができるだけでなく、部品点数を削減できると同時に電磁波吸収体を装着するための工程を廃止することができ、製造コストを引き下げることも可能となる。
【００６３】
なお、パッケージ蓋体１１を本発明の電磁波吸収体１６で形成した場合、電磁波吸収体１６はパッケージ蓋体としての特性上、気孔率２％以下の緻密な焼結体とすることが好ましい。
【００６４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００６５】
（実施例）
先ず、Ｆｅ2Ｏ3及びＮｉＯの原料粉末が表１に示す比率になるように秤量したものを出発原料とした。この出発原料を水とともに、ボールミルに投入調合した後、８時間湿式混合を行うことで、所定の粘性を有するスラリーを得た。
【００６６】
次に、噴霧乾燥機を用い、上記スラリーを乾燥、造粒した後、得られた造粒粉を粉末加圧成形法により、表１に示す成形圧で成形することで成形体を得た。
【００６７】
そして、上記成形体を表１に示す焼成条件で焼成することにより、外形寸法３ｍｍ×７ｍｍ×０．４ｍｍの電磁波吸収体１６及び外径２０ｍｍ、厚み２ｍｍの評価用試料を得た。
【００６８】
その後、上記電磁波吸収体１６の装着によって得られる電磁波の減衰量及び評価用試料の体積固有抵抗値を測定し、電磁波吸収体１６の共振抑制効果及び電磁波吸収体１６から放出される水分量についても評価を行った。
【００６９】
電磁波吸収体１６の装着によって得られる電磁波の減衰量は、以下のようにして測定した。
【００７０】
先ず、図３に示すように、伝送線路１５が形成されたパッケージベース１２上に、伝送線路１５を覆うように電磁波吸収体１６を載置した。ここで、パッケージベース１２の外形寸法は、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５mmとした。
【００７１】
次に、伝送線路１５にプローブ１７を押し当て、プローブ１７から同軸ケーブル（不図示）を介して接続されるネットワークアナライザー（不図示）により、周波数帯域１０〜４０ＧＨｚで電力反射係数Ｓ11、電力透過係数Ｓ21を測定した。
【００７２】
電磁波吸収体１６の装着によって得られる電磁波の減衰量は、電力反射係数Ｓ11、電力透過係数Ｓ21を以下の数式に代入することで算出した。
【００７３】
【数１】
【００７４】
ここで、図３に示すパッケージベース１２単体は、電力透過係数Ｓ21が−１．５ｄＢ以上のものを使用した。
【００７５】
電磁波吸収体１６の共振抑制の効果については、図４に示すように、伝送線路１５が形成されたパッケージベース１２と、パッケージベース１２上に取り付けられ、８ｍｍ×８ｍｍ×０．８ｍｍの空洞を有するＡｕメッキ付きコバール（ＫＯＶ）製のパッケージ蓋体１１とからなる高周波回路用パッケージ１０を用いて評価した。
【００７６】
また、電磁波吸収体１６から放出される水分量については、カール・フィーシャー法を用いて評価した。測定装置はＭＫＣ−２１０カールフィッシャー水分計（東京電子工業（株）製）、前処理として水分を気化させるための装置は水分気化装置ＡＤＰ−３５１（東京電子工業（株）製）を用いた。気化温度は１１５℃、フローガスはＮ2、試薬はクーロマットＡＧ（発生液）、クーロマットＣＧ（対極液）を使用した。また、測定サンプルの形状は１８ｍｍ×１６ｍｍ×１．０ｍｍとし、さらに表面粗さによる影響を無くすために、測定サンプルの６面すべて同じ加工条件で研削加工し、中心線平均粗さ（Ｒa）を０．８〜１．０μｍとした。
【００７７】
なお、電磁波吸収体１６は、パッケージ蓋体１１をパッケージベース１２に取り付ける前に、パッケージ蓋体１２内部に低融点半田で接合した。
【００７８】
電磁波吸収体１６の共振抑制の評価については、伝送線路１５にプローブ１７を押し当て、プローブ１７から同軸ケーブル（不図示）を介して接続されるネットワークアナライザー（不図示）により１０〜４０ＧＨｚにおける電力透過係数Ｓ21を測定し、電磁波吸収体１６を装着しないときの電力透過係数Ｓ21(o)との差の絶対値△Ｓ21が０．１ｄＢ未満であったものを共振抑制の効果が良好なものとして○、０．１ｄＢ以上であったものを共振抑制の効果がないものとして×とした。
【００７９】
一方、評価用試料の体積固有抵抗値については、その形状を除き、ＪＩＳ Ｃ２１４１（１９９２）に準拠して測定した。
【００８０】
周波数１０ＧＨｚにおける電磁波の減衰量の算出結果、体積固有抵抗値の測定結果及び１０〜４０ＧＨｚにおける共振抑制の評価結果を表１に示す。なお、試料Ｎｏ．１〜６１は、参考例であり、試料Ｎｏ．６２〜６５は、本発明の実施例である。
【００８１】
表１の結果から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜４は、Ｆｅ2Ｏ3の比率が５０％未満であるため、２ｄＢ以上の大きな減衰量は得られず、共振抑制の評価でもＳ21は０．１dB以上となり、共振が発生した。
【００８２】
また、試料Ｎｏ．１３〜１６，２９〜３２，４５，４６は、成形圧が４６７ＭＰａと低いことにより、緻密な焼結体が得られなかったために、２ｄＢ以上の大きな減衰量が得られず、共振抑制の評価でもΔＳ21は０．１dB以上となり、共振が発生した。
【００８３】
また、成形圧が９３４ＭＰａ以上であっても焼成温度が１１５０℃と低い試料Ｎｏ．５，９，１７，２１，２５，３３，３７，４１，４９も緻密な焼結体が得られなかったために、２ｄＢ以上の大きな減衰量は得られず、共振抑制の評価でもΔＳ21は０．１dB以上となり、共振が発生した。
【００８４】
また、試料Ｎｏ．６１もＮｉＯを含まないため、２ｄＢ以上の大きな減衰量は得られず、共振抑制の評価でもΔＳ21は０．１dB以上となり、共振が発生した。
【００８５】
一方、参考例である試料Ｎｏ．６〜８，１０〜１２，１８〜２０，２２〜２４，２６〜２８，３４〜３６，３８〜４０，４２〜４４，４７，４８，５０〜６０，および本発明の実施例である６２〜６５は、２ｄＢ以上の大きな減衰量を得ることができるとともに、実装評価でも共振の発生を防ぐことができ、電磁波吸収体として良好であった。
【００８６】
また、試料Ｎｏ．６２〜６５は、電磁波吸収体１６の表面にＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させているため、試料Ｎｏ．１〜６１と比べ、水分の放出がなく、良好であった。
【００８７】
特に、試料Ｎｏ．６４，６５は、ＮｉＦｅ2Ｏ4相の厚みがそれぞれ焼結体の厚みの３０％以下であるため、３０％を超えている試料Ｎｏ．６２，６３より大きな減衰量が得られた。
【００８８】
【表１】
【００８９】
（参考例）
次に、Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ及びＺｎＯの原料粉末が表２に示す比率になるよう秤量したものを出発原料とした。この出発原料を水とともに、ボールミルに投入調合した後、８時間湿式混合を行うことで、所定の粘性を有するスラリーを得た。
【００９０】
次に、噴霧乾燥機を用い、上記スラリーを乾燥、造粒した後、得られた造粒粉を粉末加圧成形法により、表２に示す成形圧で成形することで成形体を得た。
【００９１】
そして、上記成形体を表２に示す焼成条件で焼成することにより、外形寸法３ｍｍ×７ｍｍ×０．４ｍｍの電磁波吸収体１６を得た。
【００９２】
得られた電磁波吸収体１６の嵩密度の測定結果を表２に示す。また、嵩密度と焼成温度との関係を成形圧ごとに試料Ｎｏ．６６〜８５については図５に、試料Ｎｏ．８６〜１０５については図６にそれぞれ示した。
【００９３】
図５からわかるように試料Ｎｏ．６６〜８５は、ＺｎＯが含まれていないために、成形圧によって嵩密度が大きく変動し、場合によっては低圧成形や低温焼成を行うことができない。
【００９４】
一方、図６からわかるように試料Ｎｏ．８６〜１０５は、ＺｎＯが含まれているため、成形圧が変わっても嵩密度はほぼ一定であることから、低圧成形や低温焼成を可能とし、製造コストを引き下げることができる。
【００９５】
なお、本参考例では、電磁波吸収体にＺｎＯが含まれている例で説明したが、ＺｎＯ以外、ＣｕＯ，Ｂｉ2Ｏ3の少なくともいずれか一種を含有する電磁波吸収体であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００９６】
【表２】
【００９７】
【発明の効果】
以上詳述した通り、Ｆｅ2Ｏ3を主成分とし、その残部にＮｉＯを含有する焼結体からなり、周波数１０ＧＨｚ以上における電磁波の減衰量が２ｄＢ以上の電磁波吸収体とすることで、低温焼成を可能とし、良好な電磁波吸収特性を得ることができる。
【００９８】
また、上記電磁波吸収体中のＦｅ2Ｏ3の含有量を７０〜９５ｍｏｌ％とすることで、良好な電磁波吸収特性が得られると同時に、この電磁波吸収体を高周波回路用パッケージに用いる場合、高周波回路用パッケージの設計の自由度を高めることができる。
【００９９】
また、上記残部がＺｎＯ，ＣｕＯ，Ｂｉ2Ｏ3の少なくとも一種を含有した電磁波吸収体とすることで、成形圧に関係なく、焼結性を安定させることができるとともに、成形に用いる装置のコスト低減を計ることができ、複雑な形状の電磁波吸収体を作製することもできる。
【０１００】
また、体積固有抵抗値を５×１０5Ω・ｍ以下とした電磁波吸収体とすることで、周波数１０ＧＨｚ以上における電磁波の減衰量２ｄＢ以上の達成を容易にできる。
【０１０１】
また、Ｆｅ2Ｏ3を主成分とし、その残部にＮｉＯを含有する焼結体の表面のすくなくともいずれか一面に、ＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させることで、表面が緻密化するため、外部から空孔内への水分やガスの吸着を防止することができる。その結果、電磁波吸収体を高周波回路用パッケージ内部に装着したり、高周波回路用パッケージの蓋体そのものが電磁波吸収体であったりしても、空孔から水分やガスが放出されることはないので、高周波回路用パッケージ内部の半導体素子や伝送線路等を腐食させることはなくなる。
【０１０２】
また、電磁波吸収体を高周波回路用パッケージ内部に半田を用いて固定する場合、密着性を上げるため、通常、電磁波吸収体の当接面にＣｒ層、Ｎｉ層、Ａｕ層の順にメタライジングするが、ＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させることで、Ｎｉ層、Ａｕ層のみのメタライジングで、密着性を確保することができる。
【０１０３】
また、上記焼結体の少なくともいずれか一面の任意の部分に析出させたＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層の厚みをその方向の焼結体の厚みに対し、合計３０％以下とすることにより、空孔から水分やガスの放出も抑制できるとともに、共振抑制効果も十分発揮することができる。
【０１０４】
また、パッケージベースと、該パッケージベース上に取り付けられたパッケージ蓋体とからなる高周波回路用パッケージにおいて、上記電磁波吸収体を前記高周波回路用パッケージ内部に装着したことで、良好な電磁波吸収特性が得られると同時に、空洞共振を抑制することができる。
【０１０５】
さらに、パッケージベースと、該パッケージベース上に取り付けられたパッケージ蓋体とからなる高周波回路用パッケージにおいて、前記パッケージ蓋体を上記電磁波吸収体で形成したことで、部品点数を削減できると同時に電磁波吸収体を装着するための工程を廃止することができ、製造コストを引き下げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁波吸収体を備えた高周波回路用パッケージの断面図である。
【図２】パッケージ蓋体に本発明の電磁波吸収体を用いた高周波回路用パッケージの断面図である。
【図３】本発明の電磁波吸収体を装着することによって得られる電磁波の減衰量を測定する装置の断面図である。
【図４】本発明の電磁波吸収体を用いた高周波回路用パッケージの共振抑制を評価するための断面図である。
【図５】本発明の電磁波吸収体の焼成温度と嵩密度の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の電磁波吸収体の焼成温度と嵩密度の関係を示すグラフである。
【図７】従来の電磁波吸収体を用いた高周波回路用パッケージの断面図である。
【図８】本発明の電磁波吸収体の結晶構造を示すＸ線回折チャート図である。
【図９】本発明の電磁波吸収体を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０・・・高周波回路用パッケージ
１１・・・パッケージ蓋体
１２・・・パッケージベース
１３・・・グラウンド
１４・・・高周波回路基板
１５・・・伝送線路
１６・・・電磁波吸収体
１７・・・プローブ
２０・・・電磁波の減衰量を測定する装置
７０・・・高周波回路用パッケージ
７１・・・パッケージ蓋体
７２・・・電磁波吸収体
７３・・・パッケージベース
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波吸収特性の良好な電磁波吸収体及びこれを用いた高周波用回路パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、高周波回路用パッケージでは、金属またはセラミックス等からなる直方体状のパッケージ蓋体をパッケージベースに取り付けることにより気密封止を行っている。従って、高周波回路用パッケージ内部には直方体状の空洞が形成されることから、高周波回路用パッケージは方形空洞共振器と同様の性質を有する。そのため前記空洞の寸法によって定まる遮断周波数より高い周波数帯域で、空洞共振を生じるので、この周波数帯域で動作する高周波半導体素子あるいはその他の回路素子を高周波回路用パッケージに実装する場合には、前記空洞の寸法を小さくすることで、遮断周波数を前記素子が動作する周波数帯域よりも十分に高くしている。ところが、この方法では素子の動作周波数が高周波化するに伴い、素子が動作する周波数帯域より空洞共振が生じる周波数の方が低くなるという問題があった。近年、この問題を解決するために、電磁波吸収体を高周波回路用パッケージ内部に装着して、空洞共振時の電界エネルギーまたは磁界エネルギーを吸収することにより、空洞共振を抑制する方法が採られるようになってきている。
【０００３】
例えば、高周波回路用パッケージ内部に使用される電磁波吸収体としては、図７の高周波回路用パッケージ７０のように、パッケージ蓋体７１の裏面に直方体の形状を有するフェライトシートからなる電磁波吸収体７２を装着したもの、あるいは液状のフェライト塗料を塗布したもの（特許文献１）等が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２３６９３５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記高周波回路用パッケージ７０内部に装着されたフェライトシートや液状のフェライト塗料では、少なくとも２０重量％の合成樹脂が必要であるため、耐難燃性が劣るといった問題があった。そこで、この問題を解決するために、デカブロモジフェニルオキサイド、ＴＢＡエポキシオリゴマー・ポリマー、ＴＢＡカーボネートオリゴマー等の難燃剤を添加し耐難燃性の向上を図ることが一般的に行われているが、このような難燃剤はＢｒ、Ｃｌ元素を含む化合物であるため、温度負荷がかかるとＢｒ、Ｃｌ元素を含む脱離ガスが発生する。
【０００６】
このような難燃剤を含む電磁波吸収体７２を高周波回路用パッケージ７０内部に装着すると、パッケージ蓋体７１とパッケージベース７３との接合時や高周波回路用パッケージ７０とマザーボード（不図示）との接合時に温度負荷がかかるため、Ｂｒ、Ｃｌ元素を含む脱離ガスが高周波回路用パッケージ４０内部に充満する。このようなガスは腐食性があることから、高周波回路用パッケージ７０内部に実装される半導体素子（不図示）や、パッケージベース７３に形成される伝送線路（不図示）等を腐食させるといった問題があった。
【０００７】
また、脱離ガスの発生を抑制するために、機能性セラミックス、例えば、ＮｉーＺｎフェライトを電磁波吸収体に用いることも考えられるが、ＮｉーＺｎフェライトを構成するFｅ2Ｏ3は通常５０ｍｏｌ％未満であり、数ＭＨｚ程度の周波数帯域を対象とした電磁波吸収体にしか用いることができなかった。これに対し、近年、１０ＧＨｚ以上の高周波帯域に使用する電磁波吸収体が求められているが、このようなＮｉーＺｎフェライトを１０ＧＨｚ以上の高周波数帯域を対象とした電磁波吸収体に用いても所望の電磁波吸収特性が得られないという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、製造が容易であるとともに、電磁波吸収特性が良好でしかも脱離ガスが全く発生しない、主に１０ＧＨｚ以上の高周波数帯域を対象とした高周波回路用パッケージ部品に用いられる電磁波吸収体及びこれを用いた高周波回路用パッケージを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電磁波吸収体は、Ｆｅ2Ｏ3を主成分とし、その残部にＮｉＯを含有する焼結体からなり、Ｆｅ 2 Ｏ 3 相を主結晶相とする内部領域の表面に、ＮｉＦｅ 2 Ｏ 4 相を主結晶相とする表層が析出されていることを特徴とする。なお、前記ＮｉＦｅ 2 Ｏ 4 相を主結晶相とする表層の厚みが、その方向の焼結体の厚みに対し、合計３０％以下であることが好ましい。
【００１０】
また、上記電磁波吸収体はＦｅ2Ｏ3の含有量が７０〜９５ｍｏｌ％であることを特徴とする。
【００１１】
また、上記電磁波吸収体は、上記残部にＺｎＯ，ＣｕＯ，Ｂｉ2Ｏ3の少なくとも一種を含有することを特徴とする。
【００１２】
また、上記電磁波吸収体の体積固有抵抗値は５×１０5Ω・ｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
また、周波数１０ＧＨｚ以上における電磁波の減衰量が２ｄＢ以上であることが好ましい。
【００１５】
また、パッケージベースと、該パッケージベース上に取り付けられたパッケージ蓋体とからなる高周波回路用パッケージにおいて、上記電磁波吸収体を前記高周波回路用パッケージ内部に装着したことを特徴とする。
【００１６】
また、パッケージベースと、該パッケージベース上に取り付けられたパッケージ蓋体とからなる高周波回路用パッケージにおいて、前記パッケージ蓋体が上記電磁波吸収体で形成されたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電磁波吸収体について詳細に説明する。
【００１８】
先ず、本発明の電磁波吸収体はＦｅ2Ｏ3を主成分とし、その残部がＮｉＯを含有する焼結体からなり、周波数１０ＧＨｚ以上における電磁波の減衰量が２ｄＢ以上であることが重要である。
【００１９】
ここで、Ｆｅ2Ｏ3を主成分、即ち５０ｍｏｌ％以上としたのは、５０ｍｏｌ％未満とすると電磁波吸収体の体積固有抵抗が上がることで、良好な電磁波吸収特性が得られないからである。
【００２０】
また本発明の電磁波吸収体は、Ｆｅ2Ｏ3の含有量が７０〜９５ｍｏｌ％であることが好適である。
【００２１】
Ｆｅ2Ｏ3の含有量を７０ｍｏｌ％以上としたのは、５０ｍｏｌ％以上７０ｍｏｌ％未満では、電磁波吸収特性は良好であるものの、Ｆｅ2Ｏ3の含有量が微妙に違っても電磁波吸収特性に及ぼす感度が大きく、高周波回路用パッケージの設計を難しくするからである。
【００２２】
一方、Ｆｅ2Ｏ3の含有量を９５ｍｏｌ％以下としたのは、９５ｍｏｌ％を超えると、成形圧によっては焼結させることが難しくなり、良好な電磁波吸収特性が得られない場合があるからである。
【００２３】
また、その残部にＮｉＯを含有させたのは、ＮｉＯを全く含まない場合は電磁波吸収体の体積固有抵抗が上がり、良好な電磁波吸収特性が得られないとともに、低温で焼結させることが難しくなるからである。本発明の電磁波吸収体をなす焼結体は、上述したようにＦｅ2Ｏ3の含有量を多くするため、焼結性が悪くなる傾向があるが、所定量のＮｉＯを含有することで低温で緻密な焼結体を得ることができる。上記電磁波吸収体は成形圧や焼成温度によっては１０ｄＢ以上の大きな電磁波の減衰量が得られるという観点から電磁波吸収体に対し、ＮｉＯを１０〜３０ｍｏｌ％含有させることが好適である。
【００２４】
また、一般的な高周波用回路パッケージで用いられる周波数帯域、即ち周波数１０ＧＨｚ以上における電磁波の減衰量を２ｄＢ以上としたのは、２ｄＢ未満では空洞共振を抑制することができないからである。
【００２５】
また、上記残部はＺｎＯ，ＣｕＯ，Ｂｉ2Ｏ3の少なくとも一種を含有することが好ましく、このようにすることで、成形圧が４６０ＭＰａ程度と低くても、電磁波吸収体として焼結させることができる。ここで、ＺｎＯ，ＣｕＯ，Ｂｉ2Ｏ3の含有量は、電磁波吸収体の体積固有抵抗を１０4Ω・ｍ以下にできるという観点から、電磁波吸収体に対し、１ｍｏｌ％以上であることが好ましい。また、ＺｎＯ，ＣｕＯ，Ｂｉ2Ｏ3の含有量は、電磁波吸収体に対し、２５ｍｏｌ％以下であることが好ましく、２５ｍｏｌ％を超えると焼結可能な温度領域がたいへん狭くなり、量産には向かなくなってしまうからである。
【００２６】
さらに、電磁波吸収特性に大きな影響を及ぼす因子の一つである体積固有抵抗値は５×１０5Ω・ｍ以下とすることが好ましい。これは、体積固有抵抗値を５×１０5Ω・ｍ以下とすることで、周波数１０ＧＨｚ以上における電磁波の減衰量２ｄＢ以上の達成が容易となるからである。
【００２７】
また、本発明の電磁波吸収体は、Ｆｅ2Ｏ3を主成分とし、その残部にＮｉＯを含有する焼結体であって、該焼結体の表面の少なくともいずれか一面にＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させることが好ましい。本発明の電磁波吸収体のＸ線回折チャートを示す図において、Ｆｅ2Ｏ3（例えばＰＤＦ＃３３−０６６４のＦｅ2Ｏ3）の（１０４）面のピーク強度をＡ、ＮｉＦｅ2Ｏ4（例えばＰＤＦ＃１０−０３２５のＮｉＦｅ2Ｏ4）の（３１１）面のピーク強度をＢとするとき、Ｂ／Ａの値が１以上である表層を本発明の電磁波吸収体に含まれるＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層と定義する。前記表層の厚みは、本発明の電磁波吸収体の表面と内部の前記Ｂ／Ａの値を測定することにより求める。具体的には例えば、本発明の電磁波吸収体の面のＢ／Ａが１以上である面を少しずつ（厚みの３０％以下の範囲で）研磨し、この研磨面のＢ／Ａの値を測定する。本発明の電磁波吸収体においては、前記研磨面のＢ／Ａの値が１よりも小さくなったとき、研磨した厚みを研磨する前の厚みで割った値の比が３０％以下となる。
【００２８】
上記焼結体の表面の少なくともいずれか一面にＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させたのは、ＮｉＦｅ2Ｏ4相はスピネル構造を有することでコランダム構造を有するＦｅ2Ｏ3相より緻密化し、外部から空孔内への水分やガスの吸着を防止することができるからである。水分やガスの吸着を防止することで、後述のように電磁波吸収体を高周波回路用パッケージ内部に装着したり、高周波回路用パッケージの蓋体そのものが電磁波吸収体であったりしても、空孔から水分やガスが放出されることはないので、高周波回路用パッケージ内部の半導体素子や伝送線路等を腐食させることはなくなる。
【００２９】
また、後述のように電磁波吸収体を高周波回路用パッケージ内部に半田を用いて固定する場合、密着性を上げるため、通常、電磁波吸収体の当接面にＣｒ層、Ｎｉ層、Ａｕ層の順にメタライジングするが、ＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させることで、Ｎｉ層、Ａｕ層のみのメタライジングで、密着性を確保することができる。
【００３０】
なお、上記焼結体の表面全面にＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させることが最も好ましいが、焼結体の表面の少なくともいずれか一面の任意の部分にＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させてもよい。
【００３１】
さらに、上記焼結体の少なくともいずれか一面に析出させたＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層の厚みがその方向の焼結体の厚みに対し、合計３０％以下であることが好ましい。
【００３２】
具体的には、図９の本発明の電磁波吸収体で示すように、面１６ａあるいは面１６ｂにＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させた場合、表層の厚みがＺ方向の焼結体の厚みに対し、合計３０％以下であればよい。
【００３３】
また、面１６ｃあるいは面１６ｄにＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させた場合、表層の厚みがＸ方向の焼結体の厚みに対し、合計３０％以下であればよく、Ｙ方向についても同様の考え方を適用すればよい。
【００３４】
上記焼結体の少なくともいずれか一面に析出させたＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層の厚みをその方向の焼結体の厚みに対し、合計３０％以下としたのは、３０％を超えると後述の共振抑制効果を十分発揮することができなくなる場合があるからであり、３０％以下では、共振抑制効果を十分発揮することができるからである。
【００３５】
例えば、図１に示すように半導体素子（不図示）が実装された高周波回路基板１４が取り付けられ、その表面に伝送線路１５を形成したパッケージベース１２と、パッケージベース１２上に取り付けられたパッケージ蓋体１１とからなる高周波回路用パッケージ１０内部に本発明の電磁波吸収体１６を装着することで良好な電磁波吸収特性が得られるとともに、空洞共振を抑制することができる。
【００３６】
また、電磁波吸収体１６は、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｓ元素を含む化合物が含まれないことが重要である。電磁波吸収体１６がＢｒ、Ｃｌ、Ｓ元素を含む化合物を含んでいると、電磁波吸収体１６を高周波回路用パッケージ１０内部に装着した場合、半導体素子（不図示）や伝送線路１５等を腐食させるからである。本発明の電磁波吸収体１６はフェライト系セラミックスで形成されることからＢｒ、Ｃｌ、Ｓ元素を含む化合物を本質的には含んでいないので、半導体素子（不図示）や伝送線路１５等を腐食させることはない。
【００３７】
但し、本発明の電磁波吸収体１６は、ＳｉＯ2やＣａ，Ａｌ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｍｎ等の金属元素を不可避不純物として数１００ｐｐｍ程度含んでいても、半導体素子（不図示）や伝送線路１５等を腐食させることはないので、何ら差し支えない。
【００３８】
本発明の電磁波吸収体は、以下の方法によって作製される。
【００３９】
先ず、Ｆｅ2Ｏ3５０ｍｏｌ％以上の原料粉末及びＮｉＯの原料粉末を、水とともにボールミルまたはビーズビルに投入調合した後、６〜１０時間湿式混合を行うことで、所定の粘性を有するスラリーを得る。
【００４０】
ここで、Ｆｅ2Ｏ3原料粉末やＮｉＯ原料粉末をボールミルまたはビーズビルに投入調合する際、本発明の範囲内において公知の硬化剤、硬化助剤、滑材、可塑剤、分散剤、離型剤、着色剤、増量剤（無機材）を少量添加しても何ら差し支えない。
【００４１】
また、焼結性確保のため、平均粒径１μｍ以下、好ましくは０．８５μｍ以下のＦｅ2Ｏ3原料粉末やＮｉＯ原料粉末を用いることが好ましい。
【００４２】
さらに、より低圧での成形を可能にするという観点から、ＺｎＯ，ＣｕＯ，Ｂｉ2Ｏ3の少なくとも一種の原料粉末を添加することが好ましく、その添加量の合計が５〜１０ｍｏｌ％であることが特に好適であり、このようにすることで、成形に用いる装置のコスト低減を計ることができ、複雑な形状の電磁波吸収体を作製することもできるようになる。
【００４３】
次に、噴霧乾燥機を用い、上記スラリーを乾燥、造粒した後、得られた造粒粉を所望の成形手段、例えば、粉末加圧成形法により、任意形状の成形体を得る。
【００４４】
あるいは、上記スラリーを乾燥したものを７００〜９００℃程度で仮焼合成を行い、ボールミルやビーズミル等で粉砕し、噴霧乾燥機で再度乾燥させた後、所望の成形手段、例えば、粉末加圧成形法により、任意形状の成形体を作製してもよい。
【００４５】
ここで、粉末加圧成形法を用いる場合、その成形圧は、例えば４６０〜１９００ＭＰａとすればよい。
【００４６】
そして、上記成形体を１０００〜１４００℃、保持時間０〜２時間で焼成した後、３００〜５００℃／時間で降温することで本発明の電磁波吸収体が得られる。
【００４７】
また、体積固有抵抗値が５×１０5Ω・ｍ以下となる電磁波吸収体を得るには、上述した製造方法において、成形圧を９３４MＰａ以上とするか、焼成温度を１２００℃以上にすればよい。
【００４８】
また、焼結体の表面の少なくともいずれか一面にＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させた電磁波吸収体を得るには、上記成形体をＮｉ紛で囲繞または埋設した後、１０００〜１４００℃、保持時間０〜２時間で焼成し、３００〜５００℃／時間で降温すればよい。
【００４９】
このような製法で得られる電磁波吸収体を、Ｘ線回折を用いてその表面と内部の結晶構造を確認すると、例えば図８のようになる。図８は、電磁波吸収体にＸ線（ＣｕＫα線）を入射した際に、電磁波吸収体から放出されるブラッグ条件による反射Ｘ線の視射角（入射角の余角）をθとしたときの２θ（°）を横軸に、またそのピーク強度を縦軸に示すものであり、電磁波吸収体の内部ではＰＤＦ＃３３−０６６４のＦｅ2Ｏ3相の（１０４）面のピーク強度Ｐi（Ｆｅ2Ｏ3）がＰＤＦ＃１０−０３２５のＮｉＦｅ2Ｏ4相のピーク強度Ｐi（ＮｉＦｅ2Ｏ4）より高いことからＦｅ2Ｏ3相が主結晶相となっていることがわかる。一方、表面では、ＰＤＦ＃１０−０３２５のＮｉＦｅ2Ｏ4相の（３１１）面のピーク強度Ｐs（ＮｉＦｅ2Ｏ4）がＰＤＦ＃３３−０６６４のＦｅ2Ｏ3相の（１０４）面のピーク強度Ｐs（Ｆｅ2Ｏ3）より高いことからＮｉＦｅ2Ｏ4相が主結晶相となっていることがわかる。
【００５０】
ここで、焼結体の少なくともいずれか一面に析出させたＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層の厚みがその方向の焼結体の厚みに対し、合計３０％以下である電磁波吸収体を得るには、上述した焼成方法において焼成温度を１２００℃以下にすればよい。
【００５１】
なお、厚みの薄い電磁波吸収体を作製する場合、焼成後、研削あるいは研磨等の加工を施してもよい。
【００５２】
上記のようにして得られた電磁波吸収体は、直方体に限らず、円柱、円錐、三角柱、三角錐、それらの組み合わせ、あるいは電磁波吸収体内部に空隙部が存在しても良い。また、電磁波吸収体を装着する位置は高周波回路用パッケージの特性に影響が無く、且つ空洞共振を抑制できれば、高周波回路用パッケージ内部のどこでも良い。
【００５３】
本発明の電磁波吸収体１６を高周波回路用パッケージ１０内部に装着する場合、パッケージ蓋体１１に対し、電磁波吸収体１６を半田か公地の熱硬化性樹脂系接着剤で固定すればよい。熱硬化性樹脂系接着剤を用いる場合、特にエポキシ系樹脂を使用するのが好ましい。
【００５４】
ここで、半田や熱硬化性樹脂系接着剤にはＢｒ、Ｃｌ、Ｓ元素の化合物を含まないことが重要である。前述の通り、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｓ元素の化合物が含まれていると、半導体素子（不図示）や伝送線路１５等を腐食させる原因となるからである。
【００５５】
また、半田を用いて、電磁波吸収体１６をパッケージ蓋体１１に固定する場合、密着性を上げるため、本発明の電磁波吸収体の当接面に予めＮｉ層、Ａｕ層の順にメタライジングしておくことが好ましい。
【００５６】
あるいは、熱硬化性樹脂系接着剤（以下、単に接着剤という。）を用いて電磁波吸収体１６をパッケージ蓋体１１に固定する場合、接着剤のヤング率は１０ＧＰａ以下、特に５ＧＰａ以下であることが好ましい。これは、通常パッケージ蓋体１１の材質と電磁波吸収体１６の材質とは線膨張係数が異なるため、接着剤のヤング率が１０ＧＰａより大きくなると、電磁波吸収体１６の内部に発生する応力を十分に緩和することができずに高周波回路用パッケージ１０を破壊してしまうためである。
【００５７】
これらを満たす接着剤としては、エポキシ系樹脂が好ましく、特にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を使用するのが好ましい。
【００５８】
また、パッケージ蓋体１１に対する電磁波吸収体１６の接着方法は、予め電磁波吸収体１６またはパッケージ蓋体１１に接着剤を印刷、塗布等行った後、電磁波吸収体１６とパッケージ蓋体１１とを接触した状態で、所定の温度で熱処理することによって得られる。
【００５９】
また、電磁波吸収体１６には開気孔が存在することが好ましい。パッケージ蓋体１１と接する面に開気孔が存在すると、電磁波吸収体１６とパッケージ蓋体１１とを接着する際に、接着剤が電磁波吸収体１６の開気孔内に入り込み、接着強度を高くすることができる。電磁波吸収体１６の内部には、空隙、気孔等が存在するため、表面を研削加工することで開気孔が得られる。
【００６０】
このような開気孔を得るためには、電磁波吸収体１６の気孔率が２％から１５％程度であることが好ましい。
【００６１】
このような電磁波吸収体１６は、高周波回路用パッケージ１０内部で、空洞共振や半導体素子より発生する不要輻射波等を抑制することができるとともに、電磁波吸収体１０や接着剤から腐食性を有する脱離ガスが発生しないことから、信頼性の高い高周波回路用パッケージ１０とすることができる。
【００６２】
また、本発明の他の実施形態としては、図２に示すようにパッケージベース１２と、パッケージベース１２上に取り付けられたパッケージ蓋体１１とからなる高周波回路用パッケージ１０において、パッケージ蓋体１１を本発明の電磁波吸収体１６で形成してもよく、空洞共振や半導体素子より発生する不要輻射波等を抑制することができるだけでなく、部品点数を削減できると同時に電磁波吸収体を装着するための工程を廃止することができ、製造コストを引き下げることも可能となる。
【００６３】
なお、パッケージ蓋体１１を本発明の電磁波吸収体１６で形成した場合、電磁波吸収体１６はパッケージ蓋体としての特性上、気孔率２％以下の緻密な焼結体とすることが好ましい。
【００６４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００６５】
（実施例）
先ず、Ｆｅ2Ｏ3及びＮｉＯの原料粉末が表１に示す比率になるように秤量したものを出発原料とした。この出発原料を水とともに、ボールミルに投入調合した後、８時間湿式混合を行うことで、所定の粘性を有するスラリーを得た。
【００６６】
次に、噴霧乾燥機を用い、上記スラリーを乾燥、造粒した後、得られた造粒粉を粉末加圧成形法により、表１に示す成形圧で成形することで成形体を得た。
【００６７】
そして、上記成形体を表１に示す焼成条件で焼成することにより、外形寸法３ｍｍ×７ｍｍ×０．４ｍｍの電磁波吸収体１６及び外径２０ｍｍ、厚み２ｍｍの評価用試料を得た。
【００６８】
その後、上記電磁波吸収体１６の装着によって得られる電磁波の減衰量及び評価用試料の体積固有抵抗値を測定し、電磁波吸収体１６の共振抑制効果及び電磁波吸収体１６から放出される水分量についても評価を行った。
【００６９】
電磁波吸収体１６の装着によって得られる電磁波の減衰量は、以下のようにして測定した。
【００７０】
先ず、図３に示すように、伝送線路１５が形成されたパッケージベース１２上に、伝送線路１５を覆うように電磁波吸収体１６を載置した。ここで、パッケージベース１２の外形寸法は、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５mmとした。
【００７１】
次に、伝送線路１５にプローブ１７を押し当て、プローブ１７から同軸ケーブル（不図示）を介して接続されるネットワークアナライザー（不図示）により、周波数帯域１０〜４０ＧＨｚで電力反射係数Ｓ11、電力透過係数Ｓ21を測定した。
【００７２】
電磁波吸収体１６の装着によって得られる電磁波の減衰量は、電力反射係数Ｓ11、電力透過係数Ｓ21を以下の数式に代入することで算出した。
【００７３】
【数１】
ここで、図３に示すパッケージベース１２単体は、電力透過係数Ｓ21が−１．５ｄＢ以上のものを使用した。
【００７５】
電磁波吸収体１６の共振抑制の効果については、図４に示すように、伝送線路１５が形成されたパッケージベース１２と、パッケージベース１２上に取り付けられ、８ｍｍ×８ｍｍ×０．８ｍｍの空洞を有するＡｕメッキ付きコバール（ＫＯＶ）製のパッケージ蓋体１１とからなる高周波回路用パッケージ１０を用いて評価した。
【００７６】
また、電磁波吸収体１６から放出される水分量については、カール・フィーシャー法を用いて評価した。測定装置はＭＫＣ−２１０カールフィッシャー水分計（東京電子工業（株）製）、前処理として水分を気化させるための装置は水分気化装置ＡＤＰ−３５１（東京電子工業（株）製）を用いた。気化温度は１１５℃、フローガスはＮ2、試薬はクーロマットＡＧ（発生液）、クーロマットＣＧ（対極液）を使用した。また、測定サンプルの形状は１８ｍｍ×１６ｍｍ×１．０ｍｍとし、さらに表面粗さによる影響を無くすために、測定サンプルの６面すべて同じ加工条件で研削加工し、中心線平均粗さ（Ｒa）を０．８〜１．０μｍとした。
【００７７】
なお、電磁波吸収体１６は、パッケージ蓋体１１をパッケージベース１２に取り付ける前に、パッケージ蓋体１２内部に低融点半田で接合した。
【００７８】
電磁波吸収体１６の共振抑制の評価については、伝送線路１５にプローブ１７を押し当て、プローブ１７から同軸ケーブル（不図示）を介して接続されるネットワークアナライザー（不図示）により１０〜４０ＧＨｚにおける電力透過係数Ｓ21を測定し、電磁波吸収体１６を装着しないときの電力透過係数Ｓ21(o)との差の絶対値△Ｓ21が０．１ｄＢ未満であったものを共振抑制の効果が良好なものとして○、０．１ｄＢ以上であったものを共振抑制の効果がないものとして×とした。
【００７９】
一方、評価用試料の体積固有抵抗値については、その形状を除き、ＪＩＳ Ｃ２１４１（１９９２）に準拠して測定した。
【００８０】
周波数１０ＧＨｚにおける電磁波の減衰量の算出結果、体積固有抵抗値の測定結果及び１０〜４０ＧＨｚにおける共振抑制の評価結果を表１に示す。なお、試料Ｎｏ．１〜６１は、参考例であり、試料Ｎｏ．６２〜６５は、本発明の実施例である。
【００８１】
表１の結果から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜４は、Ｆｅ2Ｏ3の比率が５０％未満であるため、２ｄＢ以上の大きな減衰量は得られず、共振抑制の評価でもＳ21は０．１dB以上となり、共振が発生した。
【００８２】
また、試料Ｎｏ．１３〜１６，２９〜３２，４５，４６は、成形圧が４６７ＭＰａと低いことにより、緻密な焼結体が得られなかったために、２ｄＢ以上の大きな減衰量が得られず、共振抑制の評価でもΔＳ21は０．１dB以上となり、共振が発生した。
【００８３】
また、成形圧が９３４ＭＰａ以上であっても焼成温度が１１５０℃と低い試料Ｎｏ．５，９，１７，２１，２５，３３，３７，４１，４９も緻密な焼結体が得られなかったために、２ｄＢ以上の大きな減衰量は得られず、共振抑制の評価でもΔＳ21は０．１dB以上となり、共振が発生した。
【００８４】
また、試料Ｎｏ．６１もＮｉＯを含まないため、２ｄＢ以上の大きな減衰量は得られず、共振抑制の評価でもΔＳ21は０．１dB以上となり、共振が発生した。
【００８５】
一方、参考例である試料Ｎｏ．６〜８，１０〜１２，１８〜２０，２２〜２４，２６〜２８，３４〜３６，３８〜４０，４２〜４４，４７，４８，５０〜６０，および本発明の実施例である６２〜６５は、２ｄＢ以上の大きな減衰量を得ることができるとともに、実装評価でも共振の発生を防ぐことができ、電磁波吸収体として良好であった。
【００８６】
また、試料Ｎｏ．６２〜６５は、電磁波吸収体１６の表面にＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させているため、試料Ｎｏ．１〜６１と比べ、水分の放出がなく、良好であった。
【００８７】
特に、試料Ｎｏ．６４，６５は、ＮｉＦｅ2Ｏ4相の厚みがそれぞれ焼結体の厚みの３０％以下であるため、３０％を超えている試料Ｎｏ．６２，６３より大きな減衰量が得られた。
【００８８】
【表１】
（参考例）
次に、Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ及びＺｎＯの原料粉末が表２に示す比率になるよう秤量したものを出発原料とした。この出発原料を水とともに、ボールミルに投入調合した後、８時間湿式混合を行うことで、所定の粘性を有するスラリーを得た。
【００９０】
次に、噴霧乾燥機を用い、上記スラリーを乾燥、造粒した後、得られた造粒粉を粉末加圧成形法により、表２に示す成形圧で成形することで成形体を得た。
【００９１】
そして、上記成形体を表２に示す焼成条件で焼成することにより、外形寸法３ｍｍ×７ｍｍ×０．４ｍｍの電磁波吸収体１６を得た。
【００９２】
得られた電磁波吸収体１６の嵩密度の測定結果を表２に示す。また、嵩密度と焼成温度との関係を成形圧ごとに試料Ｎｏ．６６〜８５については図５に、試料Ｎｏ．８６〜１０５については図６にそれぞれ示した。
【００９３】
図５からわかるように試料Ｎｏ．６６〜８５は、ＺｎＯが含まれていないために、成形圧によって嵩密度が大きく変動し、場合によっては低圧成形や低温焼成を行うことができない。
【００９４】
一方、図６からわかるように試料Ｎｏ．８６〜１０５は、ＺｎＯが含まれているため、成形圧が変わっても嵩密度はほぼ一定であることから、低圧成形や低温焼成を可能とし、製造コストを引き下げることができる。
【００９５】
なお、本参考例では、電磁波吸収体にＺｎＯが含まれている例で説明したが、ＺｎＯ以外、ＣｕＯ，Ｂｉ2Ｏ3の少なくともいずれか一種を含有する電磁波吸収体であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００９６】
【表２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、Ｆｅ2Ｏ3を主成分とし、その残部にＮｉＯを含有する焼結体からなり、周波数１０ＧＨｚ以上における電磁波の減衰量が２ｄＢ以上の電磁波吸収体とすることで、低温焼成を可能とし、良好な電磁波吸収特性を得ることができる。
【００９８】
また、上記電磁波吸収体中のＦｅ2Ｏ3の含有量を７０〜９５ｍｏｌ％とすることで、良好な電磁波吸収特性が得られると同時に、この電磁波吸収体を高周波回路用パッケージに用いる場合、高周波回路用パッケージの設計の自由度を高めることができる。
【００９９】
また、上記残部がＺｎＯ，ＣｕＯ，Ｂｉ2Ｏ3の少なくとも一種を含有した電磁波吸収体とすることで、成形圧に関係なく、焼結性を安定させることができるとともに、成形に用いる装置のコスト低減を計ることができ、複雑な形状の電磁波吸収体を作製することもできる。
【０１００】
また、体積固有抵抗値を５×１０5Ω・ｍ以下とした電磁波吸収体とすることで、周波数１０ＧＨｚ以上における電磁波の減衰量２ｄＢ以上の達成を容易にできる。
【０１０１】
また、Ｆｅ2Ｏ3を主成分とし、その残部にＮｉＯを含有する焼結体の表面のすくなくともいずれか一面に、ＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させることで、表面が緻密化するため、外部から空孔内への水分やガスの吸着を防止することができる。その結果、電磁波吸収体を高周波回路用パッケージ内部に装着したり、高周波回路用パッケージの蓋体そのものが電磁波吸収体であったりしても、空孔から水分やガスが放出されることはないので、高周波回路用パッケージ内部の半導体素子や伝送線路等を腐食させることはなくなる。
【０１０２】
また、電磁波吸収体を高周波回路用パッケージ内部に半田を用いて固定する場合、密着性を上げるため、通常、電磁波吸収体の当接面にＣｒ層、Ｎｉ層、Ａｕ層の順にメタライジングするが、ＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層を析出させることで、Ｎｉ層、Ａｕ層のみのメタライジングで、密着性を確保することができる。
【０１０３】
また、上記焼結体の少なくともいずれか一面の任意の部分に析出させたＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層の厚みをその方向の焼結体の厚みに対し、合計３０％以下とすることにより、空孔から水分やガスの放出も抑制できるとともに、共振抑制効果も十分発揮することができる。
【０１０４】
また、パッケージベースと、該パッケージベース上に取り付けられたパッケージ蓋体とからなる高周波回路用パッケージにおいて、上記電磁波吸収体を前記高周波回路用パッケージ内部に装着したことで、良好な電磁波吸収特性が得られると同時に、空洞共振を抑制することができる。
【０１０５】
さらに、パッケージベースと、該パッケージベース上に取り付けられたパッケージ蓋体とからなる高周波回路用パッケージにおいて、前記パッケージ蓋体を上記電磁波吸収体で形成したことで、部品点数を削減できると同時に電磁波吸収体を装着するための工程を廃止することができ、製造コストを引き下げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁波吸収体を備えた高周波回路用パッケージの断面図である。
【図２】パッケージ蓋体に本発明の電磁波吸収体を用いた高周波回路用パッケージの断面図である。
【図３】本発明の電磁波吸収体を装着することによって得られる電磁波の減衰量を測定する装置の断面図である。
【図４】本発明の電磁波吸収体を用いた高周波回路用パッケージの共振抑制を評価するための断面図である。
【図５】本発明の電磁波吸収体の焼成温度と嵩密度の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の電磁波吸収体の焼成温度と嵩密度の関係を示すグラフである。
【図７】従来の電磁波吸収体を用いた高周波回路用パッケージの断面図である。
【図８】本発明の電磁波吸収体の結晶構造を示すＸ線回折チャート図である。
【図９】本発明の電磁波吸収体を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０・・・高周波回路用パッケージ
１１・・・パッケージ蓋体
１２・・・パッケージベース
１３・・・グラウンド
１４・・・高周波回路基板
１５・・・伝送線路
１６・・・電磁波吸収体
１７・・・プローブ
２０・・・電磁波の減衰量を測定する装置
７０・・・高周波回路用パッケージ
７１・・・パッケージ蓋体
７２・・・電磁波吸収体
７３・・・パッケージベース
Claims (8)
- Ｆｅ2Ｏ3を主成分とし、その残部にＮｉＯを含有する焼結体からなり、Ｆｅ 2 Ｏ 3 相を主結晶相とする内部領域の表面に、ＮｉＦｅ 2 Ｏ 4 相を主結晶相とする表層が析出されていることを特徴とする電磁波吸収体。
- 前記ＮｉＦｅ2Ｏ4相を主結晶相とする表層の厚みが、その方向の焼結体の厚みに対し、合計３０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の電磁波吸収体。
- Ｆｅ2Ｏ3の含有量が７０〜９５ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁波吸収体。
- 上記残部にＺｎＯ，ＣｕＯ，Ｂｉ2Ｏ3の少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電磁波吸収体。
- 体積固有抵抗値が５×１０5Ω・ｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電磁波吸収体。
- 周波数１０ＧＨｚ以上における電磁波の減衰量が２ｄＢ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電磁波吸収体。
- パッケージベースと、該パッケージベース上に取り付けられたパッケージ蓋体とからなる高周波回路用パッケージにおいて、請求項１乃至６のいずれかに記載の電磁波吸収体を前記高周波回路用パッケージ内部に装着したことを特徴とする高周波用回路パッケージ。
- パッケージベースと、該パッケージベース上に取り付けられたパッケージ蓋体とからなる高周波回路用パッケージにおいて、前記パッケージ蓋体が請求項１乃至６のいずれかに記載の電磁波吸収体で形成されたことを特徴とする高周波用回路パッケージ。
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