CN105938748A - 复合磁片及使用该复合磁片的磁介质天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合磁片及使用该复合磁片的磁介质天线，所述复合磁片包括使反铁磁层与亚铁磁层接触并设置在反铁磁层与亚铁磁层之间的结合交界面中的图案，因此，由于通过在反铁磁层与亚铁磁层之间的交界面中的交换偏置增加矫顽力而可以增大谐振频率。可在GHz的高频带中同时满足高磁导率和低磁导率损失的特性。

Description

复合磁片及使用该复合磁片的磁介质天线

本申请要求于2015年3月4日在韩国知识产权局提交的第10-2015-0030478号韩国专利申请的优先权和权益，该申请的公开内容通过引用包含于此。

技术领域

本公开涉及一种复合磁片及使用该复合磁片的磁介质天线。

背景技术

根据电子装置的小型化、高速化和高频化的趋势，在这些电子装置中使用的电子组件除了已经需要小型化之外还需要在数百MHz至数GHz频带具有的高效特性。

为此，已经提出了通过使用例如NiZn基铁氧体等尖晶石基铁氧体能够使天线小型化同时保持优点的技术。尖晶石基铁氧体在低频带具有高磁导率，但由于在数百MHz或以上的高频带的Snoek极限导致其磁导率迅速降低，因此，难以使用尖晶石基铁氧体作为高频电子组件的磁性材料。

已经进行了关于克服尖晶石基铁氧体的Snoek极限以在高频带具有高磁导率的六角磁性材料的研究，但是，已知六角磁性材料的磁导率在高于1GHz的高频带也迅速降低。

因此，已经需要研究能够在高于1GHz的高频带同时满足高磁导率和低磁导率损失特性的磁性材料。

发明内容

本公开的一方面可提供一种可适用于1GHz或以上的高频带的具有高磁导率和低磁导率损失特性的复合磁片。

本公开的一方面还可通过包括所述复合磁片而提供一种适于在1GHz或以上的高频带内使用的磁介质天线。

根据本公开的一方面的复合磁片在于提供能够防止由于应用到1GHz或以上高频的磁介质天线的磁性材料的材料限制而导致的磁导率降低的磁性材料。

根据本公开的一方面，一种复合磁片具有新颖结构，其中，在反铁磁层和亚铁磁层之间的结合交界面中包括图案，增加每单位体积反铁磁层和亚铁磁层之间的交界面面积(结合面积或接触面积)。

在这种情况下，图案可呈凹凸状或者可以是沿与片的上表面垂直的方向布置并具有反铁磁层和亚铁磁层交替堆叠的核壳结构的同轴图案。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本公开的以上和其他方面、特征和优点将被更清楚地理解，在附图中：

图1是示出根据本公开的示例性实施例的复合磁片的透视图；

图2是示出图1的横截面图；

图3是示出根据本公开的示例性实施例的在复合磁片的图案中的自旋钉扎现象(a pinning phenomenon of spins)的示图；

图4是示出根据本公开的示例性实施例的六角铁氧体粉末的磁滞曲线和反铁磁-亚铁磁复合材料(antiferromagnetic-ferrimagnetic composite material)的磁滞曲线的示图；

图5是示出根据本公开的另一示例性实施例的复合磁片的截面图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例。

然而，本公开可以以许多不同的形式实施且不应当被解释为限制于这里所阐述的实施例。更确切地说，提供这些实施例，使得本公开将是彻底的和完整的，并将把本公开的范围充分地传达给本领域技术人员。

在附图中，为了清楚起见，可放大元件的形状和尺寸，相同的标号将自始至终用来指示相同或相近的元件。

本公开提供一种在反铁磁层和亚铁磁层之间的结合交界面中包括图案的复合磁片，以增加反铁磁层和亚铁磁层之间的交界面面积(接触面积)。

在下文中，将参照图1至图5详细描述根据示例性实施例的复合磁片和使用该复合磁片的磁介质天线。

图1是示出根据示例性实施例的复合磁片的透视图，图2是图1的横截面图。

如图1所示，在根据示例性实施例的复合磁片100中，具有固定形状的图案110可包括在聚合物基体120中。

在复合磁片100的结构中，由包括反铁磁材料和亚铁磁材料的复合磁性材料形成的图案110可同轴地形成为具有由呈圆柱状的核110a和包围核110a的外周表面的壳110b组成的核壳结构。

核110a可具有诸如圆柱状或多边形柱状(诸如方形柱状、三角形柱状、五边形柱状)的固定形状，并可沿垂直于复合磁片100的上表面的方向布置。在图1中示出了呈圆柱状的核110a。

在这种情况下，核110a可以是反铁磁层或亚铁磁层。

这里，反铁磁层可是包含反铁磁材料的层，在反铁磁材料中，相邻原子的磁矩具有彼此相等的大小，但沿彼此相反的方向对齐，因此，净磁矩是0，但是在选择通过磁性原理朝着相同的方向形成的小晶格的情况下，其结构与亚铁磁材料的结构相同。

由于天线在等于或大于室温的温度下使用，因此以上描述的反铁磁层需要在室温下具有磁性，从而反铁磁层可包含具有大约300K或更高的奈尔温度的反铁磁材料。

在这种情况下，当包含在反铁磁层中的反铁磁材料的奈尔温度小于300K时，在室温下不会表现出交换偏置效应(exchange-bias effect)。

作为示例，反铁磁层可包含例如NiO或Cr等的反铁磁材料。

亚铁磁层是包含亚铁磁材料的层，在亚铁磁材料中，相邻原子的磁矩沿彼此相反的方向对齐，但具有彼此不同的大小，因此，根据大小上的不同来执行磁化。

由于亚铁磁层需要在几至几十GHz的高频带下使用，因此可有效地使用六角铁氧体材料。更详细地，可使用能够增大磁晶各向异性比(H_θ/H_φ，H_θ：轴向磁各向异性，H_φ：平面磁各向异性)的Y型或Z型六角铁氧体材料。

通常，已知，由于六角铁氧体材料在垂直于晶体C轴的平面具有易磁化方向，因此其磁各向异性特性比较大，因此，六角铁氧体材料可在直至比尖晶石铁氧体的频率极限高的频带保持预定磁导率。因此，可在几至几十GHz的高频带使用六角铁氧体材料。

六角铁氧体材料可具有从M型、U型、W型、X型、Y型和Z型晶体结构中选择的任意一种晶体结构，在下面的表1中根据类型示出了响应频率f_r和初始磁导率μ_i。

[表1]

(这里，Ms指饱和磁化强度，Hc指矫顽力，Tc指结晶温度。)

如表1所示，由于Z型六角铁氧体材料具有相对高的初始磁导率μ_i和优良的高频特性，因此，Z型六角铁氧体材料有利于天线的小型化。

由于Y型六角铁氧体材料具有M型六角铁氧体材料与Z型六角铁氧体材料的中间特性，因此，Y型六角铁氧体材料可在GHz的初始频率范围具有诸如高磁导率的低磁导率损失特性和相对高的自谐振频率(SRF)特性，因此，Y型六角铁氧体材料是更可能被用作用于1GHz或以上的高频的磁性材料的材料中的一种。

六角铁氧体材料可通过下面的化学式1表示，Y型六角铁氧体材料可通过下面的化学式2表示。

[化学式1]

Ba_1-xSr_xCo_1-y[Me]_yFe_mO_n

(这里，[Me]是从Zn、Mn和Cu中选择的一种，x、y、m和n分别满足0<x<1、0<y<1、12<m<36和19<n<60。)

[化学式2]、

Ba_1-xSr_xCo_1-y[Me]_yFe₁₂O₂₂

(这里，[Me]是从Zn、Mn和Cu中选择的一种，x和y分别满足0<x<1和0<y<1。)

涂覆在核110a的外周表面上的壳110b可由包括至少一个层的单层或多层形成。壳110b的层的数量可根据设计而不同地改变，例如，壳110b由三层组成，在图1中示出了第一子壳至第三子壳110b1、110b2和110b3。

在壳110b是单层的情况下，壳110b可由具有与核110a不同磁特性的反铁磁层或亚铁磁层形成。例如，当核110a由反铁磁层形成时，壳110b可由亚铁磁层形成。

在壳110b由多层组成的情况下，接触核110a的第一子壳110b1可由具有与核110a不同磁特性的反铁磁层或亚铁磁层形成，剩余的第二子壳110b2和第三子壳110b3可根据第二子壳110b2的材料从反铁磁层或亚铁磁层中选择，以使反铁磁层或亚铁磁层交替地堆叠在壳110b中。

例如，当核110a由反铁磁层形成时，第一子壳110b1可由亚铁磁层形成，第二子壳110b2可由反铁磁层形成，第三子壳110b3可由亚铁磁层形成。

根据以上描述的结构，图案110可具有核壳结构，在该核壳结构中，反铁磁层和亚铁磁层交替地堆叠并沿与复合磁片110的上表面垂直的方向同轴地布置。

同时，尽管为了方便说明在图1中示出了六个图案110，但是图案110的数量不限于此。例如，图案110的数量可是至少一个或更多个，可根据设计进行不同地改变。

通常，为了允许铁氧体材料在GHz频带具有高磁导率，需要较小的平面方向各向异性磁场。因为，如下面的等式1所示，谐振频率与平面方向各向异性磁场的值成比例。

[等式1]

$f_r=\mathrm{\&gamma;}\sqrt{H_{\mathrm{\&theta;}}{H}_{\mathrm{\&phi;}}}$

这里，f_r指谐振频率，γ指回转磁因子，H_θ指轴向各向异性磁场，H_φ指沿平面方向的各向异性磁场。

近来，已经尝试通过改变磁性材料的晶格结构来改变沿平面方向的各向异性磁场的方法。然而，由于该方法通过设计材料来执行，因此在开发材料中消耗了大量的时间，且由于现有制造供应规格改变，从材料的制造到片的开发需要很长一段时间。

作为选择，已经提出了简单堆叠六角铁氧体材料(软磁材料)和反铁磁材料(硬磁材料)的方法，但在该方法中，也已经存在增大矫顽力Hc的限制。

为了解决以上所述问题，根据示例性实施例，可在复合磁片100中引入图案110，以下将详细描述由图案110的形成所产生的效果。

如上所述，根据示例性实施例，可提供包括具有核(110a)壳(110b)结构(其中，反铁磁层和亚铁磁层交替堆叠)的同轴图案110的复合磁片100。

图3是示出根据示例性实施例的在复合磁片的图案中的自旋钉扎现象的示图并示出了反铁磁的核110a和铁磁的壳110b。

如图3所示，由于交换偏置效应(或交换各向异性效应)，在具有上述结构的片的图案110中的反铁磁层与亚铁磁层之间的交界面之间会出现自旋的钉扎P，因此，可增加矫顽力。

如上所述通过交换偏置的矫顽力的增加可意味着沿平面方向的各向异性磁场的增加，如等式1所示，沿平面方向的各向异性磁场的增加可增大谐振频率。

结果，根据示例性实施例，可通过增加复合磁片100沿平面方向的各向异性磁场来增大谐振频率而同时满足在GHz频带中的高磁导率和低磁导率损失特性。

同时，矫顽力趋向于与出现交换偏置的交换耦合区域成比例地增加。例如，反铁磁层与亚铁磁层之间的磁耦合强度取决于反铁磁层与亚铁磁层的体积比。

因此，为了通过使反铁磁层与亚铁磁层彼此耦合来增加矫顽力，有必要增加反铁磁层与亚铁磁层之间的交界面面积(接触面积)来增加交换耦合区域。

根据示例性实施例，具有核(110a)壳(110b)结构(其中，反铁磁层和亚铁磁层交替堆叠)的同轴图案110可用来增加每单位体积的反铁磁层与亚铁磁层之间的交界面面积。

结果，与简单地堆叠反铁磁层与亚铁磁层的情况相比，反铁磁层与亚铁磁层之间的交换耦合区域相对增大，从而可更有效地增加矫顽力并且还通过增加矫顽力更有效地增加谐振频率。

图4是示出根据示例性实施例的六角铁氧体粉末的磁滞曲线和反铁磁-亚铁磁复合材料的磁滞曲线的示图。由A表示的曲线可是六角铁氧体粉末的磁滞曲线，由B表示的曲线可是反铁磁-亚铁磁复合材料的磁滞曲线。

如图4所示，当形成反铁磁-亚铁磁复合材料时，与六角铁氧体粉末相比，可通过交换耦合而增加矫顽力。

如上所述，在根据示例性实施例的复合磁片100中，可通过调节反铁磁层和亚铁磁层的布置图案来调节沿平面方向的磁各向异性，因此，可增大谐振频率。

因此，由于在复合磁片100中可通过在反铁磁层与亚铁磁层之间的结合交界面中形成图案110而不改变磁性材料的晶格结构的相对简单的方法来增加矫顽力而增大谐振频率，因此可容易地制造复合磁片100，并可减少研究费用。

同时，复合磁片100可包括固定图案110的聚合物基体120，其中，已知，在本领域中，粘合剂材料可用作聚合物基体120的材料，但不受限制。例如，可使用热固性树脂或热塑性树脂等。

具有上述结构的复合磁片100可通过以下方法制造：将通过使亚铁磁材料或反铁磁材料与粘合剂等混合而获得的浆料浇注在呈圆柱状的模具中，使浆体干燥，然后使干燥的浆体分离以制造核110a，分别地重复三次使用刮刀法等将通过使亚铁磁材料或反铁磁材料与粘合剂等混合而获得的浆料涂敷到板上并使涂敷的浆料干燥的操作，以制造反铁磁层和亚铁磁层交替堆叠的多层片，使多层片附着在核110a的外周表面上，以形成具有核(110a)壳(110b)结构的同轴图案，沿与聚合物基体120垂直的方向将该图案埋置在聚合物基体120中，然后在低温(大约150℃至200℃)下执行热处理。

因为如上所述制造的复合磁片100被制造为将粘合剂包含在核110a和壳110b中且密度是4.3g/cm³或更小的非烧结片，所以复合磁片100是柔性的，因此复合磁片100可具有优良的可成型性，因此，复合磁片100可适用于制造需要柔性的电子组件的磁性材料。

此外，复合磁片100可通过执行烧结操作代替上述方法中的在低温下的热处理而被制造为烧结片。在这种情况下，粘合剂可不包含在核110a和壳110b中。

同时，图5是示出根据另一示例性实施例的复合磁片的截面图。

如图5所示，根据另一示例性实施例的复合磁片200可包括：堆叠在复合磁片200的下部和上部的第一层210和第二层220，以及形成在第一层210和第二层220之间的结合交界面中的凹凸图案230。

在另一示例性实施例，除了第一层210和第二层220堆叠在复合磁片200的上部和下部中、凹凸图案230形成在第一层210和第二层220之间的交界面中以及未形成聚合物基体的结构特征之外，诸如第一层210和第二层220的材料的其他特征可分别与根据上述示例性实施例的核110a和壳110b相同。因此，在描述另一示例性实施例时，将省略与上述示例性实施例重复的结构的描述，并将只描述不同点。

这里，第一层210可由反铁磁层或亚铁磁层形成，第二层220可由具有与第一层210的磁特性不同的磁特性的反铁磁层或亚铁磁层形成。

例如，当第一层210由反铁磁层形成时，第二层220可由亚铁磁层形成，当第一层210由亚铁磁层形成时，第二层220可由反铁磁层形成。

由于与图1中示出的示例性实施例相同的原因，反铁磁层可包含具有大约300K或更高的奈尔温度(例如，NiO或Cr)的反铁磁材料，亚铁磁层可包含六角铁氧体材料(例如，Y型六角铁氧体材料或Z型六角铁氧体材料)。

此外，形成在第一层210和第二层220之间的结合交界面中的凹凸图案230可包括基于第一层210的凹入部230a和凸出部230b。第一层210的凹入部230a可对应于第二层220的凸出部(未示出)，第一层210的凸出部230b可对应于第二层220的凹入部(未示出)

根据另一示例性实施例，与图1的同轴图案110相类似，凹凸图案230可用于增加每单位体积的反铁磁层与亚铁磁层之间的交界面面积(接触面积)。

因此，与根据示例性实施例的复合磁片100类似，根据另一示例性实施例的复合磁片200可通过增加矫顽力获得增大谐振频率的效果，因此，可同时满足在GHz频带中的高磁导率和低磁导率损失的特性。

在这种情况下，可通过调节反铁磁层与亚铁磁层的布置图案来调节沿平面方向的磁各向异性，因此，可增大谐振频率。

具有上述结构的复合磁片200可通过下面的方法制造：通过刮刀法等将通过使亚铁磁材料或反铁磁材料与粘合剂等混合获得的浆料涂敷为板状，并使浆料干燥以制造两个片，利用压力来按压片的预定区域，以在片中形成凹凸图案230，堆叠具有凹凸图案230的两个片210和220，以使其彼此配合，然后在低温(大约100℃至150℃)下执行热处理。

因为如上所述制造的复合磁片200被制造为使粘合剂包含在第一层210和第二层220中且密度是4.3g/cm³或更小的非烧结片，所以复合磁片200是柔性的，因此复合磁片200可具有优良的可成型性。

此外，复合磁片200可通过执行烧结操作代替上述方法中的在低温下的热处理而被制造为烧结片。在这种情况下，粘合剂可不包含在第一层210和第二层220中。

根据如上所述示例性实施例的复合磁片100和200可分别包括能够增加每单位体积的反铁磁层与亚铁磁层之间的交界面面积的图案110和230，因此，可在1GHz或更高的高频带中同时满足高磁导率和低磁导率损失的特性。

结果，根据本示例性实施例的复合磁片100和200可适于安装为构成便携式通信装置的磁介质天线的组件。在这种情况下，可制造在1GHz或更高的高频带中同时满足小型化、高效率和宽频带特性的磁介质天线。

同时，包括根据本示例性实施例的复合磁片100或200的磁介质天线除了可结合到诸如移动电话和无线局域网(LAN)等的通信装置之外，还可结合到安装于车辆中的电子装置、家用电器等中。

如以上所阐述的，根据示例性实施例，复合磁片可包括具有能够增加每单位体积的反铁磁层与亚铁磁层之间的交界面面积(接触面积)的固定形状的图案，因此，由于通过在反铁磁层与亚铁磁层之间的交界面中的交换偏置导致的矫顽力的增加可增大谐振频率，从而可在1GHz或更高的高频带中同时满足高磁导率和低磁导率损失的特性。

此外，根据示例性实施例，可制造包括上述复合磁片从而可适于在1GHz或更高的高频带使用的磁介质天线。

虽然以上已经示出并描述了示例性实施例，但本领域技术人员将清楚的是，在不脱离权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可作出修改和变型。

Claims (16)

1.一种复合磁片，包括使反铁磁层与亚铁磁层接触并设置在反铁磁层与亚铁磁层之间的结合交界面中的图案。

2.根据权利要求1所述的复合磁片，其中，所述反铁磁层包括六角铁氧体材料。

3.根据权利要求2所述的复合磁片，其中，所述六角铁氧体材料是Y型六角铁氧体材料或Z型六角铁氧体材料。

4.根据权利要求1所述的复合磁片，其中，所述反铁磁层包含具有300K或更高的奈尔温度的反铁磁材料。

5.根据权利要求4所述的复合磁片，其中，所述反铁磁层至少包含NiO或Cr。

6.根据权利要求1所述的复合磁片，其中，所述图案呈凹凸状。

7.根据权利要求1所述的复合磁片，其中，所述图案是沿与复合磁片的上表面垂直的方向布置并具有反铁磁层和亚铁磁层交替堆叠的核壳架构的同轴图案。

8.根据权利要求7所述的复合磁片，其中，具有核壳结构的同轴图案包括具有固定形状的柱状构件的核和包围所述核的外周表面的至少一个壳，

所述核包括反铁磁层和亚铁磁层中的一个。

9.根据权利要求8所述的复合磁片，其中，所述核呈多边形柱状或圆柱状。

10.根据权利要求8所述的复合磁片，其中，所述复合磁片还包括固定所述图案的聚合物基体。

11.根据权利要求1所述的复合磁片，其中，所述复合磁片沿平面方向的磁各向异性通过图案的布置进行调节。

12.根据权利要求1所述的复合磁片，其中，所述复合磁片是柔性的。

13.根据权利要求12所述的复合磁片，其中，所述复合磁片具有4.3g/cm³或更小的密度。

14.根据权利要求13所述的复合磁片，其中，所述反铁磁层和亚铁磁层还包括粘合剂。

15.根据权利要求1所述的复合磁片，其中，所述复合磁片是烧结片。

16.一种使用权利要求1至15中任意一项所述的复合磁片的磁介质天线。