近接効果
近接効果とは、交流電流が流れる複数の導体同士が近接して配置された際に、電流の分布や損失が相互に干渉し合うことで引き起こされる現象である。高周波領域で顕著に現れ、導体内部での電流分布を偏らせたり、導体表面の発熱や損失を増大させる原因となる。電力伝送から半導体デバイスのインターコネクトに至るまで幅広く影響を及ぼし、設計段階でこの近接効果を考慮しないと、意図しない特性劣化や動作エラーを招く恐れがあるため、各種対策やシミュレーション技術が活用されている。
概要
近接効果は、スキン効果（skin effect）と密接に関連している。スキン効果は交流電流が導体表面近くに集中する現象であり、周波数が高くなるほど電流は表面側へ追いやられる傾向がある。一方、複数の導体が近接する場合、互いの電磁界が干渉し合うことで電流の分布がさらに複雑化し、抵抗損失の増大やインダクタンスの変化を招く。特にパラレルに配線された導体や巻き線が密集したコイルなどでは、この近接効果によるロス増加が顕著になることがある。
メカニズム
交流電流が流れる導体の近くに、別の導体が配置されていると、両者の磁界同士が重なり合い、導体内部の電流分布を変化させる。これはレンツの法則に基づく自己・相互誘導の結果であり、通常であれば均等に広がるはずの電流が強制的に特定のエリアに集中する。これにより、見かけ上の抵抗は増加し、発熱などの損失が大きくなる。高周波回路やパワーエレクトロニクスの分野では、この強制的な電流偏在をいかに抑制するかが信頼性や効率に直結する課題になっている。
周波数特性
近接効果は周波数と密接な関係をもつ。周波数が低い場合、磁界の変動が緩やかであるため、電流の分布への影響は限定的である。しかし周波数が高くなると導体内部で渦電流が大きく発生し、導体同士の干渉も増すことで電流が特定の経路に集中しやすくなる。この結果、交流抵抗が直流抵抗に比べて著しく大きくなるケースも存在する。また、導体材質や断面形状、表面処理などによっても周波数特性は変動し、設計時には実験データやシミュレーションを組み合わせて最適化を図る必要がある。
実用面での影響
送配電やスイッチング電源の高周波化が進むにつれ、エネルギー損失の要因として近接効果が問題視されるケースが増えている。特に大電流を扱うインダクタやトランスでは、巻き線同士の間隔や層構造が綿密に検討される。コンパクト化のために巻き線を密集させすぎると損失が増加し、温度上昇によって絶縁劣化を招く恐れがある。また高集積の半導体パッケージやプリント基板の微細配線でも、信号線が密接することでクロストークや遅延の増大につながる例が知られている。
対策
近接効果を低減する手段としては、配線間隔を適切に確保したり、リッツ線のように複数の細い導体を組み合わせた構造を採用する方法が挙げられる。リッツ線はスキン効果と近接効果の両方を緩和する効果があり、高周波領域での効率改善や温度上昇の抑制に寄与する。また、磁性材料や絶縁材料を活用して、不要な磁界結合を減らす技術も検討されている。実際には設計要件やコストとの兼ね合いがあるため、最適な対策を見極めるにはシミュレーションの活用が欠かせない。
その他の例
電子ビームリソグラフィにおける近接効果も広義には同じ原理に基づく。微細パターンを描画する際、電子ビームが隣接パターンにまで影響を及ぼし、線幅のばらつきやパターン形状の崩れが生じることがある。これはビームが基板やレジスト内で散乱し、エネルギーの分布が局所的に変化するためである。対策として近接効果補正（PEC）が導入され、ビームの照射量を制御しながら高精細パターンの実現を目指す研究が行われている。
課題
近接効果を完全に排除することは理想的であるが、実際には設計の自由度やコスト、部品の配置などの制約があるため、ある程度の折り合いをつける必要がある。高周波大電流を扱う回路では大きな寄生損失を招きやすく、過度な発熱や部品寿命の低下を引き起こす例も見られる。また、最先端の半導体プロセスでも配線密度が高まるほど干渉が激しくなり、微小領域での電気抵抗や遅延の増大などが顕在化する傾向があるため、材料技術や構造設計の工夫がいっそう求められる。