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JP3922039B2 - 電磁波吸収材料及びそれを用いた各種製品 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な電磁波吸収材料とそれを用いた各種製品に係り、特にミリ波の１〜300GHz帯用電磁波吸収材料とそれを用いたプリント配線基板、電子装置、電子機器筐体、光送信又は受信モジュール、自動料金所及び高周波通信装置等の各種製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高速処理化が加速的に進んでおり、LSIやマイクロプロセッサなどのICの動作周波数は急速に上昇しており、不要ノイズが放射し易くなっている。
【０００３】
更に、通信分野では次世代マルチメディア移動通信（2GHz）、無線LAN（2〜30GHz）、光ファイバを用いた高速通信網、ITS(Intelligent Transport System）の分野ではETC(自動料金収受システム）における5.8GHz、AHS（走行支援道路システム）における76GHzなどが利用されており、今後、高周波利用範囲は急速に拡大していくことが予想される。
【０００４】
ところで、電波の周波数が上昇すれば、ノイズとして放射し易くなる反面、最近の電子機器の低消費電力化によるノイズマージン低下や、電子機器の小型化、高密度化の流れによる機器内部のノイズ環境の悪化によりEMI（Electro-Magnetic Interference）による誤動作が問題になる。
【０００５】
そこで、電子機器内部でのＥＭＩを低減させるために、電子機器内部に電波吸収材料を配置するなどの対策がとられている。従来、GHz帯用電波吸収材料としては、ゴムや樹脂などの電気的絶縁性有機物とスピネル結晶構造の軟磁性金属酸化物材料や軟磁性金属材料などの磁性損失材料とを複合化してシート状にしたものが特開平7-212079号公報、特開平9-111421号公報、特開平11-354973号公報、特開平11-16727号公報等で知られている。
【０００６】
しかし、スピネル結晶構造の軟磁性金属酸化物材料の比透磁率は、スネークの限界則に従い、GHz帯では急激に減少してしまう。そのため、電磁波吸収材料としての限界周波数は数GHzである。又、軟磁性金属材料については、粒子の厚さを表皮深さ以下の扁平形状とすることによる渦電流の抑制効果及び形状磁気異方性の効果によって電磁波吸収材料としての限界周波数は10GHz程度まで伸ばすことができる。しかし、これらの磁性材料は重量が大きいため、軽量な電磁波吸収体は実現できない。
【０００７】
又、特開2001-358493号公報には、磁性金属粒子とセラミックスとが一体になった電磁波吸収材料とそれを用いたプリント配線基板、電子装置、電子機器筐体、光送信又は受信モジュール、自動料金所及び高周波通信装置等の各種製品が示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した磁性材料を電磁波吸収性能としては十分とは言えず、ミリ波領域まで使用できる電磁波吸収特性に優れた電磁波吸収材料の開発が望まれている。更に、前述の特開2001-358493号公報に記載の電磁波吸収材料においても5.8GHzでの準ミリ波領域の周波数に対して満足できるが、それ以上のミリ波領域に対しては不十分である。
【０００９】
本発明の目的は、電波の周波数が1〜300GHzである準ミリ波領域からミリ波領域まで使用可能な優れた電波吸収特性を有し、製造容易で軽量な電磁波吸収材料とそれを用いた製品、特に電子装置、光送信又は受信モジュール、高周波通信装置、及び電磁波干渉による誤動作を防止したノンストップ自動料金所を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ミリ波領域に対応する電磁波吸収材料として、カーボン材料、例えばカーボンブラック粒子、黒鉛、コークス、カーボンマイクロコイル、カーボンナノチューブ等のカーボン系材料をゴムや樹脂などの電気的絶縁性有機物質に分散させた誘電損失型電磁波吸収材料に比べ、カーボンからなる多層中空小球体を電気的絶縁性有機物質に分散させた電磁波吸収材料の方が、はるかに優れた電磁波吸収特性を有することを見出した。このカーボンからなる多層中空小球体（以下、シュンガイトカーボンと言う）は、天然シュンガイト鉱石に含有されていることから、極めて容易な方法で電磁波吸収材料を提供することが可能である。特に、本発明は、30〜300GHzのミリ波領域における周波数に対して高い電磁波吸収特性を有することを見出し、なされたものである。
【００１１】
本発明は、天然シュンガイト鉱石を含む電磁波吸収材料にあり、その鉱石は、重量で、シュンガイトカーボン25〜35%、SiO2 57〜67%、Al2O3 3〜5%、Fe2O3+FeO 1〜3%、K2O 0.5〜2%、硫黄分 0.2〜1.0%、水分 0.2〜0.5%及びTiO2 、MgO、CaO、Na2O、MnO が0.3%以下を有するものが好ましい。シュンガイトカーボンは、気孔率が 1.5 〜 45 ％、小球体の厚さ 0.15 〜 0.25nm 、球状、偏平、これらの混在したものが好ましい。
【００１２】
本発明に係る天然シュンガイト鉱石は、カーボンの多層中空小球体（グロビュール）又はシュンガイトカーボンを含むこと、カーボンナノチューブ、金属成分及び水分の少なくとも１つが内包されたカーボンの多層中空小球体又はシュンガイトカーボンを含むことが好ましい。
【００１３】
又、本発明の電磁波吸収材料は、多層中空小球体又はシュンガイトカーボンよりも高電気抵抗率を有する物質の内部に分散したものとすることが好ましい。この場合、多層中空小球体又はシュンガイトカーボンの量は、高電気抵抗率を有する物質に対し、５〜５０重量％の範囲にすることが望ましい。高電気抵抗率を有する物質は、ゴム、絶縁性高分子材料あるいは絶縁性無機材料のいずれかから選ばれることが望ましい。
【００１４】
本発明の電磁波吸収材料において、電磁波の入射面から内部に従い、特性インピーダンスが徐々に低くなるように、多層中空小球体又はシュンガイトカーボンの含有量を複数に変化させることが望ましい。これにより、電磁波吸収材料表面に斜めに入射する電磁波に対する電磁波吸収特性が向上し、あるいは広帯域の周波数の電磁波に対して対応可能になる。
【００１５】
高電気抵抗率を有する物質には、鉄(Fe)、コバルト(Co)及びニッケル(Ni)の少なくとも一つを主成分とする磁性金属と、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、シリコン(Si)、チタン(Ti)、バリウム(Ba)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)及びマグネシウム(Mg)の少なくとも一つを含む酸化物、窒化物及び炭化物の少なくとも一つと、カーボンブラック、黒鉛、コークス及びカーボンマイクロコイルから選ばれる少なくとも一つとの少なくとも一種を含有することができる。これにより、電磁波吸収材料の吸収特性を更に向上させることができる。
【００１６】
本発明は、前記シュンガイト鉱石の粉砕粉からなる電磁波吸収材粒子と、該電磁波吸収材粒子よりも高電気抵抗率を有する物質とを有し、電波の周波数1GHz当たりのリターンロス（反射係数）が-3.5dB以上（絶対値で以上である）であること、又電波の周波数6Ghzにおけるリターンロスが-20dB以上であることが好ましい。リターンロスは、電磁波吸収材料の厚さと混合物中のその含有量との組合わせを調整することによって得ることができる。
【００１７】
本発明の電磁波吸収材料は前述の絶縁材料に分散させて、塗布又はシート化したものを貼り付けるか、射出成形等によりニアネットシェイプで成形することにより後述する各種用途に適した様々な施工法によって以下の製品に適用される。
▲１▼絶縁基板上の配線回路形成面及び配線回路を有しない裏面の少なくとも一方の一部又は全面に、本発明の電磁波吸収材料によって構成される塗料を直接塗布、それらをシート状に成形したフイルム等を設けることにより、電磁波吸収層を形成したプリント配線基板。
▲２▼プリント配線基板上に搭載された電子素子が本発明の電磁波吸収材料を有するキャップによって被われている電子装置。
▲３▼プリント配線基板と、該基板上に搭載された電子素子とを本発明の電磁波吸収材を有する筐体によって被うか、あるいは開口部を有する金属製筐体の内周面に本発明の電磁波吸収材料を形成してなる電子装置。
▲４▼高速通信網に使用される電気―光変換器を有する発光素子及び受光素子の少なくとも一方と、送信回路及び受信回路の少なくとも一方の回路の少なくとも一部が、本発明の電磁波吸収材料を有する部材によって覆ってなる光送信又は受信モジュール。
▲５▼ゲート屋根が設けられた料金所と、該料金所を通行する車両に対して進入側に設けられた進入部アンテナと、前記車両に対して出路側に設けられた出路部アンテナと、路側通信装置と前記車両に搭載されている車載機との間で情報の授受を行う自動料金収受システムとを備え、前記料金所とその近傍の電磁波を反射する部材の表面、前記ゲート屋根の車両走行側表面、進入部アンテナ及び出路部アンテナを支える支柱の表面の少なくとも一つに本発明の電磁波吸収材料が形成されてなる自動料金所。
▲６▼筐体内部に実装された高周波回路素子及びアンテナを有し、筐体の少なくとも内壁の少なくとも一部に本発明の電磁波吸収材料が形成されてなる高周波通信装置。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は、天然シュンガイト鉱石に含有しているシュンガイトカーボンの模式図であり、グロビュールと呼ばれるカーボンからなる多層中空小球体から構成されている。図１（ｂ）に示すように、グロビュールの内部には、カーボンナノチューブ（CNT）、金属(Cu、Ni、V、Cr、Co、Mn、Ti)、水等が少量含有している。その金属は、珪酸塩、硫化物、酸化物の形で存在している。又、天然シュンガイト鉱石には、重量で、シュンガイトカーボンが28〜32%含有しており、その他、SiO2：57〜66%、Al2O3：3〜5%、Fe2O3 + FeO：1〜3%、K2O 0.5〜2%、硫黄分 0.2〜1.0%、水分 0.2〜0.5%及びTiO2 、MgO、CaO、Na2O、MnO が0.3%以下を有するである。
【００１９】
図２は、カーボンブラック（以下、CBとする）、カーボンナノチューブ（以下、CNTとする）をそれぞれバインダー樹脂に対して20重量部、天然シュンガイト鉱石の粒径1〜30μｍ程度の粉砕粉（以下、シュンガイトカーボンとする）を液状のバインダー樹脂に対して70重量部（但し、シュンガイトカーボンのバインダー樹脂に対する重量比は約20重量部）混合、混練して含有さ、ペースト状にした後、ドクターブレード法又はロール成形法等によりシート化させた電磁波吸収材料の各周波数での複素比誘電率である。シュンガイトカーボンはその中空径が約3nm、外径が約22.5nmである。
【００２０】
図中、周波数が、（ａ）が6GHz、（ｂ）が10GHzのもので、準ミリ波領域のものである。リターンロスが-20dB以上を満たす複素比誘電率範囲を斜線で図示してある。この結果より、各周波数におけるシュンガイトの複素比誘電率は、整合範囲と合致しているが、CBやCNTの場合は、複素比誘電率実数部（ε′）に対し、複素比誘電率虚数部（ε″）が大きすぎ、整合範囲から外れ、リターンロス（反射係数）が-20dB未満のものである。本発明のリターンロスが-20dB以上を満たす複素比誘電率範囲は、6GHz及び10GHzのいずれも、実数部（ε′）10に対し、虚数部（ε″）が4〜6及び実数部（ε′）75に対し、虚数部（ε）が10〜13となる。
【００２１】
塗料の場合は、前述のペースト状にした後、スプレー法、ディップ法、型枠への注入等により形成することができる。
【００２２】
バインダーとして、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルプチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、あるいはこれらの共重合体、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂、ナイロン、アクリル、合成ゴム等の絶縁性高分子材料やアルミナ、シリカ等を主成分とする絶縁性無機材料を用いることができる。本実施例では、アクリルとポリアミドイミドの混合樹脂をバインダー樹脂とした。
【００２３】
又、天然シュンガイトの粉砕粉に含有するシュンガイトカーボン以外のミネラル成分をフッ酸等で溶解させ、シュンガイトカーボンのみを精製したものを用いることができるが、電磁波吸収特性を向上させる目的で、シュンガイトカーボンにFe、Co、Niのうちの少なくとも一つからなる磁性を有する金属微粒子を積極的に担持させてもよい。
【００２４】
天然シュンガイトの粉砕粉に含まれるシュンガイトカーボンは、図１に示すような胞子状のグラビュールが破けた構造をしており、内部に存在していたCNT等もグラビュールとは別に存在していた。また、天然シュンガイトの粉砕粉を真空中、大気中あるいは不活性ガス中で熱処理を施すことにより、複素比誘電率を変化させ、電磁波吸収特性を向上させることもできる。熱処理温度としては、500℃〜1000℃が好ましい。
【００２５】
複素比誘電率の測定法としては、ネットワークアナライザー（HP製8720Ｃ）と同軸導波管から構成される測定系により、自由空間の透磁率、誘電率が１となるように校正した後、同軸導波管に測定試料を挿入し、２つのポートを使用してS11、S21の２つのパラメータを測定し、Nicolson−Ross、Weir法により複素比誘電率を求めた。
【００２６】
又、金属板で裏打ちされた整合型電磁波吸収体の吸収メカニズムとしては、表面反射波と吸収体中での多重反射波との臨界結合による多重反射効果と吸収体中での誘電損失による減衰効果が挙げられる。一般的に垂直入射波に対しては、以下の数式（１）及び（２）で電磁波のリターンロス（R.L.：リターンロス（dB））が表される。
R.L.＝-２０log｜Ｚin−１／Ｚin＋１｜ （１）
（ここで、Ｚin：吸収体の特性インピーダンスである。）
Ｚin＝（１／εr）0.5tanｈ（ｊ２πｆｔεr 0.5） （２）
（ここで、εr：複素比誘電率（εr＝ε′＋ｊε″）、ｆ：周波数（Ｈｚ）、ｔ：吸収体の厚さ（ｍ）である。）
【００２７】
図３は、各電磁波吸収材料の厚さを変化させて、リターンロスの中心周波数を一致させた場合の各材料のリターンロスを比較した結果を示す線図である。図中、中心周波数が（ａ）が6GHz、（ｂ）が10GHzのものである。なお、図中にはその場合の電磁波吸収材料の厚さも図示してある。（ａ）の6GHzにおいては、CNTが-6dB、CBが-13dB、シュンガイトカーボンが-21dB、及び（ｂ）の10GHzにおいては、CNTが-6dB、CBが-17dB、シュンガイトカーボンが-40dBと、いずれの各周波数においても、シュンガイトカーボンが最もリターンロスが大きくなっており、電磁波吸収特性が最も優れているのがわかる。尚、ミリ波領域においては、CNT及びCBにおいても各々良好な値を有しており、単独又は本発明材との組合わせもできる。
【００２８】
図４は、各電磁波吸収材料厚さにおけるリターンロスの計算結果である。リターンロスの中心周波数は異なるが、どの厚さにおいてもシュンガイトが最も優れた吸収特性を示しているのがわかる。図中、各厚さが、（ａ）が1.5mm、（ｂ）が2.0mm、（ｃ）が2.5mmのものである。
【００２９】
（ａ）の1.5mmにおいては、CNTが-6dB、CBが-17dB、シュンガイトカーボンが-40dB、及び（ｂ）の2.0mmにおいては、CNTが-6dB、CBが-17dB、シュンガイトカーボンが-27dBと、（ｃ）の2.5mmにおいては、CNTが-6dB、CBが-14dB、シュンガイトカーボンが-22dB、いずれの各周波数においても、シュンガイトカーボンが最もリターンロスが大きくなっており、電磁波吸収特性が最も優れているのがわかる。尚、ミリ波領域においては、CNT及びCBにおいても各々良好な値を有しており、単独又は本発明材との組合わせもできる。
【００３０】
又、本発明のシュンガイトカーボンを有するものは、電波の周波数1GHz当たりのリターンロス（反射係数）が6Ghzにおいて-3.5dB及び10Ghzにおいて-4.0dBであること、又電波の周波数6Ghzにおけるリターンロスが-20dB以上であることが分かる。
【００３１】
（実施例２）
図５は、実施例１に記載の電磁波吸収材料から構成される電磁波吸収層を具備したプリント配線基板の断面図である。絶縁基板上に配線回路２が形成されたプリント配線基板３の配線回路２を形成した面の絶縁層４上及び配線回路を形成していない裏面のそれぞれの一部又は全面に天然シュンガイト鉱石粉砕粉とバインダー樹脂から構成される塗料を直接塗布するか、あるいはそれらをシート状に成形したものを配置して、電磁波吸収層を形成させる。塗布又はシートの厚さは、発生する周波数と電磁波吸収率によって異なるが、0.1〜1.0mmが好ましい。これにより、プリント配線回路から発生する電磁波によるクロストーク現象などのノイズ発生を抑制することができる。特に、半導体基板の少なくとも片側主面に１層目の配線層が形成され、該１層目の配線層の表面に絶縁膜が形成され、該絶縁膜上に導通穴を介して前記１層目の配線層と電気的に接続した２層目の配線層が繰り返し積層されてなる多層配線回路基板の高密度・高集積度化を高い信頼性で達成できる。又、各電磁波吸収層の外側に導体層を配置して、電磁波吸収効率を向上でき、かつ外部からの電磁波に対するシールド効果も向上できる。
【００３２】
（実施例３）
図６は、ノイズ発生源となる半導体素子を包み込むように、プリント配線基板上に配置された半導体用電磁波吸収キャップを有する電子装置の断面図である。マイクロプロセッサやシステムLSI等のノイズ発生源となる半導体素子を包み込むように、プリント配線基板上に本発明に係わる電磁波吸収キャップを配置した構成である。図6（ａ）は、金属製キャップ5の内面に本発明の電磁波吸収層を配置した場合であり、外部からの電磁波に対するシールド、内部から放射される電磁波を吸収できる。金属キャップ5は、銅めっき、銅と金のめっき、ステンレス鋼等が用いられる。図6（ｂ）は、本発明の電磁波吸収材料を射出成形で成形したキャップを用いた場合である。キャップである電磁波吸収材料１は、プリント敗戦基板３にハーメチック構造、接着材等によって固着される。
【００３３】
これらの実装により、半導体素子から放射される電磁波を効率よく吸収でき、内部干渉を抑制できる。
【００３４】
（実施例４）
図７は、プリント配線基板3に搭載した集積回路IC6を本発明の電磁波吸収材から構成される電子機器筐体によって封止された電子装置の断面図である。図７（ａ）は、金属製電子機器筐体内面に本発明の電磁波吸収層を塗布あるいは射出成形などで形成した場合である。図７（ｂ）は、本発明の電磁波吸収材料を射出成形で成形した電子機器筐体である。このように、電子機器筐体に電磁波吸収機能を付与することにより、電子機器内部での電磁波干渉を抑制できる。
【００３５】
（実施例５）
図８は、本発明の光送信モジュールの構成を示す断面図である。光送信モジュール8は、光ファイバ9、光導波路13、LD10、送信回路11、回路基板12等から構成される。送信回路11は、レーザ発光ダイオードであるLD10を駆動するLDドライバ、レーザ出力制御部、フリップフロップ回路等から構成される。実際には、リードフレームやワイヤがついているが、これらの図示を略している。伝送速度が大きくなるにつれて、光伝送モジュール内では、LD10を励起する電気信号のクロック周波数が高くなるため、高周波の電磁波が発生し、これらの電磁波は、他の要素、部品等に悪影響を及ぼすノイズの原因となる。
【００３６】
本実施例では、光送信モジュールを型に入れ、前記天然シュンガイト鉱石粉砕粉を前述した周波数、電磁波吸収率に応じて樹脂に対して40〜80wt%含有した樹脂混合物を金属筐体14に流し込んで固化させた後金属の蓋をすることで、その外側を金属筐体14で覆う完全封止し、各素子や基板を水や気体から保護するだけでなく、電磁波を吸収、シールドすることができ、送信モジュール内でのノイズ干渉を抑制し、かつモジュール外部へのノイズの放射を完全に防止することができる。
【００３７】
図９は、光送信モジュールの断面図である。金属筐体14は必ずしも必要ではなく、図９のように、樹脂混合物のみでトランスファモールド法によって封止した構造とすることが出来、電磁波吸収、シールド効果は金属筐体で覆った場合よりも若干劣るが、廉価できるメリットがある。
【００３８】
図１０は、光送受信モジュールの断面図である。配線間の短絡を確実に防止するためには、図１０のように、配線部のみを天然シュンガイト鉱石粉砕粉を含有していない樹脂で封止し、さらにその上に天然シュンガイト鉱石粉砕粉を含有した樹脂混合物で封止する２層構造とするのが有効である。
【００３９】
本実施例では、LD10、送信回路11について示したが、これらを受光及び受信回路に変えることによって光受信モジュールを同様に構成することができる。
【００４０】
（実施例６）
図１１は、回路基板12上に光送信モジュールと光受信モジュールとが形成された光送受信モジュールの平面図である。光送受信モジュール１７は、前記の光送信モジュールと光受信モジュールを併せ備えた機能を有する。光送信部は、光ファイバ9、光導波路13、LD10、送信回路11、回路基板12等から構成される。送信回路は、レーザを駆動するLDドライバ、レーザ出力制御部、フリップフロップ回路等から構成される。光受信部は、光ファイバ9、光導波路13、PD19、受信回路18、回路基板12等から構成される。受信回路は、前置増幅機能を有するPRE IC、クロック抽出部及び等価増幅部からなるCDRLSI、狭帯域フィルタのSAW、AODバイアス制御回路等から構成される。実際には、リードフレームやワイヤがついているが、これらの図示を略している。
【００４１】
このように、送信モジュールと受信モジュールが一体となった送受信モジュールでは、前記したように、特に、光送信部と光受信部との間でのノイズ授受による内部ノイズ干渉が問題となる。
【００４２】
従来の光送受信モジュールでは、光送信部と光受信部の間に、金属製のシールド板を配置したり、各モジュールを金属パッケージに封入し、独立の送信モジュール、受信モジュールとしてノイズ干渉を防止していたが、このような構造とすることで、モジュール全体が大型化し、重くなるばかりではなく高価な金属パッケージを使用することで、廉価にできないといった問題があり、本発明のような構造とすることで、モジュール内でのノイズ干渉を防止できるばかりでなく、小型・軽量化、低価格化を実現できる。
【００４３】
又、本実施例によれば、高速通信網において使用に耐える、内部ノイズ干渉、外部へのノイズ放射を抑制し、小型・軽量化、高速化、高感度化を可能にする光送信モジュール、光受信モジュール、あるいは、光送信部及び光受信部を併せ持つ光送受信モジュールを提供することができる。
【００４４】
（実施例７）
図１２は、料金所を通行する車両が、路側通信装置と通行車両に搭載されている車載機との間で情報の授受ができる自動料金収受システム（以下、ETC）が適用されている料金所の基本構成を示した断面図である。
【００４５】
図１２に示すように、進入部アンテナ21、出路部アンテナ22、車載機23との間で、周波数5.8GHz の電波を使用し、料金収受に必要な情報を交換する。ところで、出路部アンテナ22からの送信による電波（直接波27）の広がりが、路面24とゲート屋根25の天井面あるいは支柱26等との電磁波多重反射現象により大きくなる。それによって、図１２に示すように、出路部アンテナ22から送信された電波（直接波27）が、車両A29の車載機に送信される以外に、路面24で反射された反射波28が、後続の車両Ｂ30の車載機23に送信されてしまうという車間区分の問題や隣接レーンの車両への干渉問題等の電波障害による誤動作が予測されるため、ゲート屋根25の天井面、支柱等の電磁波を反射する部材の表面に樹脂に対して50〜85wt%の天然シュンガイト鉱石粉砕粉を含有した樹脂混合物を溶剤によって液状にして塗付又はその組成物をシートにしたものを接着剤によって貼り付けることにより、反射波28を吸収し、前記問題を解決することができる。
【００４６】
従来のETC用電波吸収体は、一体パネル型であり、厚さも数十cm以上もあり、かなり厚い。そのため、複雑形状部分には取付が困難である等の取付作業上の問題があり、塗料タイプあるいは柔軟シートタイプで薄型の電波吸収体が求められている。本発明の電磁波吸収体１は天然シュンガイト鉱石粉砕粉を含有した樹脂混合物からなり、樹脂の選択により、塗料タイプあるいは柔軟シートタイプにすることが可能である。
【００４７】
天然シュンガイト鉱石粉砕粉を含有した樹脂混合物を用いた電波吸収体３１としては、単層又は、図１３に示すように斜入射特性を向上させるために、電波入射面側から完全反射体である金属板３３方向に、入射波32に対する電波吸収体のインピーダンスが徐々に減少する多層構造にするのが有効である。具体的には、電波入射面側から金属板33方向に複素比誘電率を徐々に増加させれば良く、そのためには、天然シュンガイト鉱石粉砕粉の樹脂に対する充填量を変化させればよい。なお、取付面が金属である場合には、金属層は不要である。図１３では電波吸収体31を３層とした。
【００４８】
又、各層のカーボンからなる多層中空小球体の樹脂に対する充填量は、5重量％以下では、複素比誘電率が小さすぎて電磁波吸収能が十分でなく、さらに樹脂混合物の流動性確保の点からは、最高でも50重量％以下であるのが好ましい。
【００４９】
（実施例８）
図１４は、高周波通信装置の一実施例形態であるミリ波送受信装置の断面図である。送受信用MMICなどの半導体平面34とこれらを接続する平面回路基板35は、筐体底部である金属性ベースプレート36の表面に実装されて送受信回路を構成し、上記送受信回路への入出力信号は同軸線37を会してアンテナ（図示せず）に接続される。金属性の蓋38は、筐体の側壁39によってベースプレート36から分離された筐体の天井部を構成する。筐体の側壁は、金属でもガラス、アルミナ等の非金属のいずれでもよい。又、ベースプレート36は、プラスチック又はアルミナなどの非金属で構成され、少なくともMMICと平面回路基板を実装する表面をメッキや蒸着により金属で覆ったものでも良い。蓋38の筐体内部に面する天井部に、天然シュンガイト鉱石粉砕粉を含有した樹脂混合物を塗料化して塗付したり、あるいはその混合物をシート状に成形にしたものを接着剤によって貼り付けることにより、送受信回路の送信側よりの筐体内への不要放射が受信側に到達することを防ぎ、送受信干渉を低減できる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、従来のカーボン系材料から構成される誘電損失型電磁波吸収材よりも遥かに凌ぐ優れた吸収特性を有する安価な電磁波吸収材料を提供することができる。
【００５１】
更に、本発明によれば、準ミリ波領域からミリ波領域まで使用可能な電波吸収特性を有する軽量な電磁波吸収材料によって、電子機器内部での電磁波干渉を効率的に抑制できるので、高速通信網での使用に耐え、内部ノイズ干渉、外部へのノイズ放射を抑制し、小型・軽量化、高速化、高感度化を可能にする半導体装置、光送信モジュール、光受信モジュール、光送受信モジュール、高周波通信装置を提供できる。
【００５２】
又、本発明によれば、電磁波干渉の影響を受けることなく、路側通信装置と車載機間の情報の授受を確実に行える自動料金所を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の電磁波吸収材料を構成するシュンガイトカーボンの模式図。
【図２】 本発明及び比較例の電磁波吸収材料の複素比誘電率及び複素比誘電率の整合範囲を示す図。
【図３】 金属板で裏打ちした場合のリターンロスの中心周波数を一致させた場合の各材料のリターンロスの計算結果を示す図。
【図４】 金属板で裏打ちした場合の各厚さでのリターンロスの計算結果を示す図。
【図５】 本発明の電磁波吸収材料から構成される電磁波吸収層を具備したプリント配線基板の断面図。
【図６】 ノイズ発生源となる半導体素子を包み込むようにプリント配線基板上に配置された電磁波吸収キャップの断面図。
【図７】 本発明の電磁波吸収材料から構成される電子機器筐体の断面図。
【図８】 本発明の実施例に係る光送信モジュールの断面図。
【図９】 本発明の実施例に係る光送信モジュールにおいて、金属筐体を取外した構造を示す断面図。
【図１０】 本発明の他の実施例に係る２層構造の光送信モジュールの断面図。
【図１１】 光送受信モジュールの第一の形態である光送受信モジュールの平面図。
【図１２】 本発明の電磁波吸収材料をゲート屋根天井面及び支柱に配置した自動料金収受システム（ＥＴＣ）による自動料金所の断面構成図。
【図１３】 本発明の多層構造を有する電波吸収体の断面図。
【図１４】 本発明の電磁波吸収材料を配置した高周波通信装置の一実施例形態であるミリ波送受信装置の断面図。
【符号の説明】
1…電磁波吸収材料、2…配線回路、3…プリント配線基板、4…絶縁層、5…金属キャップ、6…ＩＣ、7…金属製電子機器筐体、8…光送信モジュール、9…光ファイバ、10…ＬＤ、11…送信回路、12…回路基板、13…光導波路、14…金属筐体、15…芯線、16…樹脂、17…光送受信モジュール、18…受信回路進入部、19…ＰＤ、20…増幅器、21…進入部アンテナ、22…出路部アンテナ、23…車載機、24…路面、25…ゲート屋根、26…支柱、27…直接波、28…反射波、29…車両Ａ、30…車両Ｂ、31…多層構造電波吸収体、32…入射波、33…金属板、34…半導体平面、35…回路基板、36…金属性ベースプレート、37…同軸線、38…金属性の蓋、39…筐体の側壁。

Claims (24)

  1. シュンガイト鉱石を含むことを特徴とする電磁波吸収材料。
  2. 請求項１において、前記シュンガイト鉱石は、カーボンの多層中空小球体を含むことを特徴とする電磁波吸収材料。
  3. 請求項１において、前記シュンガイト鉱石は、カーボンの多層中空小球体と、該小球体内に形成されたカーボンナノチューブ、金属成分及び水分の少なくとも１つとを含むことを特徴とする電磁波吸収材料。
  4. 請求項１において、前記シュンガイト鉱石は、シュンガイトカーボンを含むことを特徴とする電磁波吸収材料。
  5. 請求項１において、前記シュンガイト鉱石は、シュンガイトカーボンと、該シュンガイトカーボン内に形成されたカーボンナノチューブ、金属成分及び水分の少なくとも１つとを含むことを特徴とする電磁波吸収材料。
  6. 請求項５において、前記金属成分は、金属、金属珪酸塩、金属硫化物及び金属酸化物の１種又は２種以上であることを特徴とする電磁波吸収材料。
  7. 請求項５又は６において、前記金属成分は、Cu、Ni、V、Cr、Co、Mn及びTiの１種又は２種以上であることを特徴とする電磁波吸収材料。
  8. 請求項２〜７のいずれかにおいて、前記シュンガイト鉱石と、前記多層中空小球体又はシュンガイトカーボンよりも高電気抵抗率を有する物質との混合物からなることを特徴とする電磁波吸収材料。
  9. 請求項１〜７のいずれかにおいて、前記シュンガイト鉱石の粉砕粉からなる電磁波吸収材粒子と、該電磁波吸収材粒子よりも高電気抵抗率を有する物質とを有し、電波の周波数1GHz当たりのリターンロスが-3.5dB以上であることを特徴とする電磁波吸収材料。
  10. 請求項９において、電波の周波数6Ghzにおけるリターンロスが-20dB以上であることを特徴とする電磁波吸収材料。
  11. 請求項８〜１０のいずれかにおいて、前記高電気抵抗率を有する物質が、ゴム、絶縁性高分子材料及び絶縁性無機材料の少なくとも１つを含むことを特徴とする電磁波吸収材料。
  12. 請求項９〜１１のいずれかにおいて、前記電磁波吸収材粒子は全体の5〜50重量％有することを特徴とする電磁波吸収材料。
  13. 請求項９〜１２のいずれかにおいて、電磁波の入射面から内部に従い、特性インピーダンスが低くなるように、前記電磁波吸収材粒子の含有量を複数種に変化させたことを特徴とする電磁波吸収材料。
  14. 請求項１〜１３のいずれかにおいて、Fe、Co及びNiの少なくとも１つを主成分とする磁性金属と、Fe、Co、Ni、Al、Si、Ti、Ba、Mn、Zn及びMgの少なくとも１つを含む酸化物、窒化物及び炭化物のいずれかと、カーボンブラック、黒鉛、コークス及びカーボンマイクロコイルの少なくとも１つとの少なくとも一種が含まれていることを特徴とする電磁波吸収材料。
  15. 絶縁基板上に配線回路を有し、該配線回路の少なくとも一部が絶縁層によって被われたプリント配線基板において、前記絶縁基板の前記配線回路形成面側及びその反対面側の少なくとも一方に電磁波吸収材料よりなる層を有し、該電磁波吸収材料が請求項１〜１４のいずれかに記載の電磁波吸収材料からなることを特徴とするプリント配線基板。
  16. プリント配線基板上に搭載された電子素子が金属製キャップによって被われ、該金属製キャップの内周面の少なくとも一部に電磁波吸収材料を有し、該電磁波吸収材料が請求項１〜１４のいずれかに記載の電磁波吸収材料からなることを特徴とする電子装置。
  17. プリント配線基板と、該基板上に搭載された電子素子とが金属製筐体によって被われ、該金属製筐体の内周面の少なくとも一部に電磁波吸収材を有し、該電磁波吸収材料が請求項１〜１４のいずれかに記載の電磁波吸収材料からなることを特徴とする電子装置。
  18. 開口部を有する金属製筐体の内周面の少なくとも一部に、請求項１〜１４のいずれかに記載の電磁波吸収材料が形成されていることを特徴とする筐体。
  19. 回路基板上に発光素子及び受光素子の少なくとも一方と、送信回路及び受信回路の少なくとも一方とを有し、前記回路基板、素子及び回路の少なくとも一部が請求項１〜１４のいずれかに記載の電磁波吸収材料によって被われていることを特徴とする光送信又は受信モジュール。
  20. 回路基板上に発光素子及び受光素子の少なくとも一方と、送信回路及び受信回路の少なくとも一方とを有し、前記回路基板、素子及び回路の少なくとも一部が請求項１〜１４のいずれかに記載の電磁波吸収材料を有する部材により内周面の少なくとも一部が形成された金属製キャップによって被われていることを特徴とする光送信又は受信モジュール。
  21. 回路基板上に発光素子及び受光素子の少なくとも一方と、送信回路及び受信回路の少なくとも一方の回路とを有し、前記回路基板、素子及び回路の少なくとも一部が請求項１〜１４のいずれかに記載の電磁波吸収材料を有する部材によって被われ、該部材の外周面が金属製キャップによって被われていることを特徴とする光送信又は受信モジュール。
  22. 請求項１９又は２０において、前記回路基板、素子及び回路の少なくとも一部が絶縁樹脂によって被われ、該絶縁樹脂の表面に前記電磁波吸収材料が形成されていることを特徴とする光送信又は受信モジュール。
  23. ゲート屋根が設けられた料金所と、該料金所を通行する車両に対して進入側に設けられた進入部アンテナと、前記車両に対して出路側に設けられた出路部アンテナと、路側通信装置と前記車両に搭載されている車載機との間で情報の授受を行う自動料金収受システムとを備えた自動料金所において、該料金所とその近傍の電磁波を反射する部材の表面、前記ゲート屋根の前記車両走行側表面、進入部アンテナ及び出路部アンテナを支える支柱の表面の少なくとも一部に請求項１〜１４のいずれかに記載の電磁波吸収材料が形成されていることを特徴とする自動料金所。
  24. 筐体内部に実装された高周波回路素子を有し、前記筐体の少なくとも内壁の少なくとも一部に請求項１〜１４のいずれかに記載の電磁波吸収材料が設けられていることを特徴とする高周波通信装置。
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