JP2014107413A - 磁気素子 - Google Patents

Abstract

【課題】高いＱ値を得ることができる磁気素子を提供する。
【解決手段】磁気素子は、コイルと、コイルと絶縁状態にて対向配置された磁性部材と、を有し、コイルは、Ｙ１−Ｙ２方向からＸ１−Ｘ２方向に角部を介して折れ曲がりながら矩形状に巻回形成された平面コイルであり、磁性部材は、Ｘ方向及びＹ方向に平行な辺を備える複数の分割磁性部１７ａ〜１７ｅ，３０ａ〜３０ｅが、Ｙ方向に間隔を空けて並設して構成されており、各分割磁性部は、同一形状でかつ、Ｙ方向の長さ寸法をａ、Ｘ方向の長さ寸法をｂとしたとき、ｂ／ａは４以上とされており、各分割磁性部は、０．２５μｍ以下の膜厚を有する複数の磁性層が層間絶縁層を介して積層された構成であり、磁性層の磁化容易軸方向は、Ｘ方向に平行な方向とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイルと、コイルに絶縁状態にて対向配置された磁性部材とを有する磁気素子に関する。

下記特許文献１には、軟磁性膜と絶縁膜とが交互に積層された多層膜にスリットを入れた薄膜磁気素子に関する発明が開示されている。スリットは四角形状の多層膜の対角線上に設けられている。

下記特許文献２には、短冊状の磁性膜が設けられた平面磁気素子に関する発明が開示されている。

また下記特許文献３には、磁性膜を複数に分割し、各分割磁性膜の磁化容易軸方向を、コイルの一方の線路方向に揃えた伝送線路デバイスに関する発明が開示されている。

また下記特許文献４では、磁性膜を複数の領域に分割し、分割された各領域の磁化容易軸方向をコイルにより発生する磁界の方向に直交させた平面型磁気素子に関する発明が開示されている。

特開２００３−１７８９２０号公報 特開２０００−２６９０３５号公報 特開２０１１−１９３０９３号公報 特開平４−３６３００６号公報

このように、磁性膜を複数に分割したり、磁性膜を絶縁膜と交互に積層する構成は従来においても成されていた。

しかしながら従来では、高周波駆動においてＱ値（性能係数）を増大させる観点から、磁性膜の分割及び積層構造を具体的に適正化していなかった。特にＭＨｚ帯域での渦電流損失を抑制しＱ値を大きく改善することに着目した特許文献は存在せず、このような高周波帯域におけるＱ値の向上することは、従来の技術では未だ実現できていない。特に高周波領域におけるＱ値の向上は磁気素子の小型化には必須の課題であり、近年においてはその重要性は増大してきている。

そこで本発明は、上記の従来課題を解決するためのものであり、特に、高い周波数領域において従来に比べて高いＱ値を得ることができる磁気素子を提供することを目的とする。

本発明における磁気素子は、
コイルと、前記コイルと絶縁状態にて対向配置された磁性部材と、を有し、
前記コイルは、平面視にて第１の方向から前記第１の方向に対して直交する第２の方向に角部を介して折れ曲がりながら矩形状に巻回形成された平面コイルであり、
前記磁性部材は、前記第１の方向及び前記第２の方向に平行な辺を備える複数の分割磁性部が、前記第１の方向に間隔を空けて並設して構成されており、各分割磁性部は、同一形状でかつ、前記第１の方向の長さ寸法をａ、前記第２の方向の長さ寸法をｂとしたとき、ｂ／ａは４以上とされており、
前記各分割磁性部は、０．２５μｍ以下の膜厚を有する複数の磁性層が層間絶縁層を介して積層された構成であり、前記磁性層の磁化容易軸方向は、前記第２の方向に平行な方向とされていることを特徴とするものである。

本発明によれば、効果的にＱ値（性能係数）を増大させることができる。なおＱ値とは、コイルの性能の良さを表す数値であり、Ｑ＝ωＬ／Ｒで表される。ωは共振周波数における角速度、Ｌは、インダクタンス、Ｒは抵抗である。

本発明では、前記コイルの上面側に形成された第１の磁性部材と、前記コイルの下面側に形成された第２の磁性部材とを、有し、
前記第１の磁性部材及び前記第２の磁性部材の少なくとも一方が、前記層間絶縁層を介して複数の前記磁性層が積層された前記分割磁性部で構成されている構成にできる。このとき、前記第１の磁性部材及び前記第２の磁性部材の双方が、前記層間絶縁層を介して複数の前記磁性層が積層された前記分割磁性部で構成されていることが好適である。

また本発明では、絶縁基材と、前記絶縁基材の上面に形成された第１のコイルと、前記絶縁基材の下面に形成され前記第１のコイルと電気的に接続された第２のコイルと、前記第１のコイルの上面に形成された前記第１の磁性部材と、前記第２のコイルの下面に形成された前記第２の磁性部材とを有することが好ましい。

本発明では、前記分割磁性部は、略正方形もしくは略長方形の磁性部材を複数に分割したものであることが好ましい。また、前記各分割磁性部を構成する複数の前記磁性層を足した総厚は、２μｍ以下とされていることが好ましい。

また本発明では、前記磁性層は、主成分の元素Ｔ（元素ＴはＦｅまたはＣｏまたはその混合物を表す）と、元素Ｍ（元素Ｍは、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｓｉのうち少なくともいずれか一種を表す）と、元素Ｘ（ＯまたはＮのうち少なくともいずれか１種または２種を表す）とを有して形成されることが好ましい。ＭＨｚ帯域で使用する用途では、フェライトなどは強磁性共鳴周波数にかかる領域となり、ヒステリシス損失に起因する鉄損が急激に大きくなるが、本発明の磁性層では、強磁性共鳴周波数が１００ＭＨｚ以上と高く、使用できる周波数を高周波にでき、高周波帯域（特にＭＨｚ帯域）でのＱ値の増大を促進することができる。

また本発明では、前記各分割磁性部は、共通の絶縁シート表面に形成されていることが、コイルに対する各分割磁性部の配置を高精度にでき、安定して高いＱ値を得ることができて好適である。

また本発明では、前記各分割磁性部は、前記絶縁シートの表面に形成された略正方形もしくは略長方形の磁性部材を、共通の前記絶縁シートの状態を保持しつつ、複数に分割したものであることが、所定比率の寸法を有する分割磁性部を簡単に形成できて好適であり、また各分割磁性部を共通の絶縁シートにて支持することが可能になる。

本発明の磁気素子によれば、従来に比べて効果的にＱ値（性能係数）を増大させることができる。

図１（ａ）は、第１の実施形態における薄型インダクタの平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ線から切断し矢印方向から見た薄型インダクタの縦断面図であり、図１（ｃ）は、薄型インダクタの裏面図である。 図２は、図１（ａ）に示すＢ−Ｂ線から切断し矢印方向から見た薄型インダクタの部分拡大縦断面図である。 図３（ａ）は、第２の実施形態における薄型インダクタの平面図であり、図３（ｂ）は、薄型インダクタの裏面図である。 図４（ａ）は、第３の実施形態における薄型インダクタの平面図であり、図４（ｂ）は、薄型インダクタの裏面図である。 図５（ａ）は、第４の実施形態における薄型インダクタの平面図であり、図５（ｂ）は、薄型インダクタの裏面図である。 図６（ａ）（ｂ）は、本実施形態における薄膜インダクタの製造工程を示す平面図である。 図７は、比較例の薄膜インダクタの平面図である。 図８は、比較例の薄膜インダクタの平面図である。 図９は、比較例の薄膜インダクタの平面図である。 図１０は、比較例の薄膜インダクタの部分拡大縦断面図である。 図１１は、比較例の薄膜インダクタの部分拡大縦断面図である。 図１２は、比較例の薄膜インダクタの部分拡大縦断面図である。 図１３（ａ）〜（ｅ）は、磁性部材の分割状態及び磁性層の積層枚数を変化させた各薄膜インダクタにおけるＱ値（ピーク値）の実験結果を示すグラフである。

図１（ａ）は、第１の実施形態における薄型インダクタの平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ線から切断し矢印方向から見た薄型インダクタの縦断面図であり、図１（ｃ）は、薄型インダクタの裏面図である。

図１（ｂ）に示すように薄型インダクタ（磁気素子）１０は、絶縁基材１１と、第１のコイル１２と、第２のコイル１３と、導通層１４と、第１の取出電極層１５と、第２の取出電極層１６と、第１の磁性シート４０と、第２の磁性シート４１と、を有して構成される。

各磁性シート４０，４１は、絶縁シート２０と絶縁シート２０の絶縁基材１１側の表面に形成された磁性部材１７（分割磁性部１７ａ〜１７ｅ）により構成されるが、図１（ａ）（ｃ）では、磁性シート４０，４１を、分割磁性部１７ａ〜１７ｅ，３０ａ〜３０ｅとして示した。 このような構成とすることで、絶縁シート２０を各磁性シート４０，４１の保護層として機能させることができる。

絶縁基材１１の材質は特に限定しないが、例えば、ガラスエポキシ基板を用いることができる。

図１（ｂ）に示すように、第１のコイル１２は、絶縁基材１１の上面１１ａに形成される。また図１（ｂ）に示すように第２のコイル１３は、絶縁基材１１の下面１１ｂに形成される。

図１（ａ）（ｃ）に示すように、第１のコイル１２及び第２のコイル１３は夫々、内側の巻き始端１２ａ、１３ａからＸ１−Ｘ２方向（第２の方向）及びＸ１−Ｘ２方向に対して直交するＹ１−Ｙ２方向（第１の方向）に角部を介して直角に折れ曲がりながら巻回された平面コイルである。なお角部が直角形状でなく、例えば湾曲した形状であってもよい。その場合は曲面中心を角部とみなす。

図１（ｂ）に示すように絶縁基材１１の略中央には、上面１１ａから下面１１ｂにかけて貫通するスルーホール１１ｃが形成されている。図１（ｂ）に示すようにスルーホール１１ｃ内には導通層１４が設けられている。そして導通層１４と第１のコイル１２の巻き始端１２ａとが電気的に接続され、導通層１４と第２のコイル１３の巻き始端１３ａとが電気的に接続されている。

図１（ｂ）に示すように、絶縁基材１１の第１の側面（Ｘ１側面）１１ｄ側に第１の取出電極層１５が形成されている。また図１（ｂ）に示すように、絶縁基材１１の第２の側面（Ｘ２側側面）１１ｅ側に第２の取出電極層１６が形成されている。

図１（ａ）（ｂ）に示すように第１の取出電極層１５は、絶縁基材１１の第１の側面１１ｄに形成された第１の側面部１５ａと、第１の側面部１５ａから絶縁基材１１の上面１１ａに延出し、第１のコイル１２の巻き終端１２ｂに接続される第１の上面部１５ｂと、第１の側面部１５ａから絶縁基材１１の下面１１ｂに延出する第１の下面部１５ｃとを有して構成される。

図１（ｂ）（ｃ）に示すように第２の取出電極層１６は、絶縁基材１１の第２の側面１１ｅに形成された第２の側面部１６ａと、第２の側面部１６ａから絶縁基材１１の上面１１ａに延出する第２の上面部１６ｂと、第２の側面部１６ａから絶縁基材１１の下面１１ｂに延出し、第２のコイル１３の巻き終端１３ｂに接続される第２の下面部１６ｃとを有して構成される。

例えば、第１のコイル１２及び第２のコイル１３は夫々、箔体（銅箔）とめっき層（銅めっき等）との積層構造で形成される。

図１（ｂ）に示す第１の取出電極層１５及び第２の取出電極層１６は箔体及びめっき層を有して構成される内層１８と、表面層１９とを有して構成される。表面層１９はめっき層で形成され例えば銅めっきで構成される。また第１の取出電極層１５及び第２の取出電極層１６の最表面にはＮｉ／Ａｕ層、Ｎｉ／Ｓｎ層、Ｎｉ／はんだ層、Ｎｉ／Ａｇ層（いずれもＮｉが下地）等で形成された薄いはんだランド２３が形成されることが好適である。なお、はんだ層はＳｎ-Ｃｕ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｚｎ系の合金はんだめっき層が好ましく用いられる。

また図１（ｂ）に示すように、第１のコイル１２の上面には絶縁層（接着層）３１を介して第１の磁性シート４０（第１の磁性部材１７）が配置されている。また、図１（ｂ）に示すように、第２のコイル１３の下面には絶縁層（接着層）３２を介して第２の磁性シート４１（第２の磁性部材３０）が配置されている。このとき、図１（ｂ）に示すように、第１の磁性シート４０（第１の磁性部材１７）、第１の上面部１５ｂ及び第２の上面部１６ｂの各表面が略同一面となるように、第１の磁性シート４０（第１の磁性部材１７）を配置できる。また、第２の磁性シート４１（第２の磁性部材３０）、第１の下面部１５ｃ及び第２の下面部１６ｃの各表面が略同一面となるように、第２の磁性シート４１（第２の磁性部材３０）を配置できる。

あるいは、本実施形態では、第１の上面部１５ｂ及び第２の上面部１６ｂの各表面を第１の磁性部材１７の表面よりも絶縁基材１１から離れる方向（上方）に突出させる形態とすることもできる。また、第１の下面部１５ｃ及び第２の下面部１６ｃの各表面を第２の磁性部材３０の表面よりも絶縁基材１１から離れる方向（下方）に突出させる形態とすることもできる。

本実施形態では、図２に示すように第１の磁性部材１７は、絶縁シート２０の表面に形成される。ここで絶縁シート２０は、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリイミド系、ガラスエポキシ系の極薄シート等の絶縁基材で形成される。なお第２の磁性部材３０においても同様の構成とすることができる。

また図２に示すように第１の磁性シート４０は絶縁シート２０の表面に形成された第１の磁性部材１７を絶縁層３１側にするように接合すると良い（第１の磁性部材１７が絶縁層３１に接触）。第２の磁性シート４１についても同様である。このようにすることで、絶縁シート２０を第１の磁性部材１７と第２の磁性部材３０の保護部材として機能させることができる。なお、絶縁シート２０を保護部材として機能させる必要が無ければ、絶縁シート２０を絶縁層３１、３２に接触するように接合しても良い。

絶縁層（接着層）３１，３２には、エポキシ系低温硬化剤やアクリル系低温硬化剤を使用することができる。

図１（ａ）に示すように、第１の磁性部材１７は、複数の分割磁性部１７ａ〜１７ｅにより構成されている。

図１（ａ）に示すように各分割磁性部１７ａ〜１７ｅは、Ｙ１−Ｙ２方向（第１の方向）に間隔ｃを空けて並設されている。第１の磁性部材１７は、Ｙ１−Ｙ２方向に間隔ｃを空けて並設された複数の分割磁性部１７ａ〜１７ｅのみで構成され、例えばＸ１−Ｘ２方向に間隔を空けた分割磁性部などは設けられていないが、各分割磁性部１７ａ〜１７ｅをＸ１−Ｘ２方向に間隔ｃを空けて並設された複数の分割磁性部１７ａ〜１７ｅのみで構成し、Ｙ１−Ｙ２方向に間隔を空けた分割磁性部を設けない構成としても良い。

図１（ａ）に示すように、各分割磁性部１７ａ〜１７ｅはそれぞれ、同形状の矩形状であり、Ｙ１−Ｙ２方向（第１の方向）及びＸ１−Ｘ２方向（第２の方向）に平行な辺２１、２２を備える。コイル１２、１３は、Ｙ１−Ｙ２方向（第１の方向）及びＸ１−Ｘ２方向（第２の方向）に沿って巻回されているので、各分割磁性部１７ａ〜１７ｅの辺２１，２２は、巻線方向に平行に形成されている。なお他の実施形態においても同様である。

またＹ１−Ｙ２方向に平行な辺２１は、長さ寸法がａであり、Ｘ１−Ｘ２方向に平行な辺２２は、長さ寸法がｂである。そして長さ比ｂ／ａは４以上とされている。

図１に示す実施形態では、各分割磁性部１７ａ〜１７ｅの長さ比ｂ／ａが５である。そして各分割磁性部１７ａ〜１７ｅは５つ、設けられている。すなわち、これら分割磁性部１７ａ〜１７ｅを足した大きさはほぼ正方形となっている。

図１（ｃ）に示すように、第２の磁性部材３０も、複数の分割磁性部３０ａ〜３０ｅにより構成されている。各分割磁性部３０ａ〜３０ｅも、第１の磁性部材１７を構成する各分割磁性部１７ａ〜１７ｅと同形状である。したがって、各分割磁性部３０ａ〜３０ｅもＹ１−Ｙ２方向（第１の方向）及びＸ１−Ｘ２方向（第２の方向）に平行な辺２４、２６を備え、辺２４の長さ寸法をａ、辺２６の長さ寸法をｂとしたとき、長さ比ｂ／ａが４以上である。具体的には、各分割磁性部３０ａ〜３０ｅの長さ比ｂ／ａは５である。そして各分割磁性部３０ａ〜３０ｅは５つ、設けられている。

図６（ａ）に示すように、製造過程中の第１の磁性部材１７は、最初、Ｙ１−Ｙ２方向及びＸ１−Ｘ２方向に平行な辺２７，２２を備える略正方形磁性部２８であり、すなわちＹ１−Ｙ２（第１の方向）の長さ寸法をｄ、Ｘ１−Ｘ２方向（第２の方向）の長さ寸法をｂとしたとき、ほぼｄ：ｂ＝１：１となっている。ここで「略正方形」とは、長さ比ｄ／ｂが０．８〜１．２の範囲内であることを指し、略長方形であっても良い。

本実施形態ではまず図６（ａ）に示す略正方形磁性部２８を形成し、続いて図６（ｂ）に示す工程で、略正方形磁性部２８にＸ１−Ｘ２方向に平行なスリット２９を形成する。複数のスリット２９をＹ１−Ｙ２方向に等間隔で入れる。例えばスリット２９をダイサーにより形成することができる。各スリット２９の間隔はｃである。これにより第１の磁性部材１７を複数の分割磁性部１７ａ〜１７eに分割できる。

スリット２９を入れる際、図２に示すように、絶縁シート２０にも途中まで溝２０ａが形成されてもよいが、絶縁シート２０が切断されないように、すなわち各分割磁性部１７ａ〜１７ｅに対する共通の絶縁シート２０を保つように、スリット形成を行う。

第２の磁性部材３０も図６と同様の製造工程により、略正方形磁性部を複数の分割磁性部３０ａ〜３０ｅに分割する。このような工程を経て形成された第１の磁性シート４０及び第２の磁性シート４１を第１のコイル１２及び第２のコイル１３に接合する。

ここで図６（ａ）に示す略正方形磁性部２８の長さ寸法ｂ、ｄを、１．１〜４．５ｍｍ程度とし、また図６（ｃ）に示すスリット２９の間隔ｃを、１０〜２００μｍ程度とする。ここで略正方形磁性部２８の大きさ（面積）は、コイルの外形（巻回部分にて最外周に位置するターンの外形を指す）よりも大きく形成される。

図２に示すように、各分割磁性部１７ａ〜１７ｅは、０．２５μｍ以下の膜厚を有する複数の磁性層３３が層間絶縁層３４を介して積層された構成である。図２には分割磁性部１７ａにのみ磁性層３３と層間絶縁層３４の符号を付したが、分割磁性部１７ｂ〜１７ｅも分割磁性層１７ａと同様に磁性層３３と層間絶縁層３４との積層構造になっている。

各磁性層３３の磁化容易軸方向ｅｍは、Ｘ１−Ｘ２方向（第２の方向）と平行な方向を向いている。図２では、１つの磁性層３３にのみ磁化容易軸方向ｅｍを示した。 以下、すべての実施形態において磁性層の磁化容易軸方向ｅｍは、Ｘ１−Ｘ２方向（第２の方向）と平行な方向とされている。磁性層３３を成膜する際の成膜条件や形状異方性の付与により磁化容易軸方向ｅｍをＸ１−Ｘ２方向に向けることができる。図１に示すように各分割磁性部１７ａ〜１７ｅ，３０ａ〜３０ｅはＸ１−Ｘ２方向に細長い矩形状であるため、磁化容易軸方向ｅｍをＸ１−Ｘ２方向に適切かつ簡単に付与することができる。

図２では、膜厚が０．２５μｍの磁性層３３が８層、積層されている。また各層間絶縁層３４の膜厚は、膜厚は磁性層３３の膜厚よりも薄く、具体的には０．１μｍ以下（好ましくは０．０５μｍ以下）である。層間絶縁層３４は、各磁性層３３の間に介在するので、図２では、８層の磁性層３３に対して７層の層間絶縁層３４が設けられている。

本実施形態では、各磁性層３３の膜厚を足した総厚が２μｍ以下であることが好適である。図２の実施形態では各磁性層３３の膜厚が０．２５μｍで８層設けられているので、総厚は２μｍとなっている。

本実施形態では、各磁性層３３は、主成分の元素Ｔ（元素ＴはＦｅまたはＣｏまたはその混合物を表す）と、元素Ｍ（元素Ｍは、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｓｉのうち少なくともいずれか一種を表す）と、元素Ｘ（ＯまたはＮのうち少なくともいずれか１種または２種を表す）とを有して形成されることが好適である。

磁性層３３は、Ｆｅ−Ｍ−（Ｏ，Ｎ）であることが好ましく、ＦｅＡｌＮ、ＦｅＮ_ｘなどを提示できる。

また層間絶縁層３４には、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_Ｘ、Ｓｉ−（Ｏ，Ｎ）_Ｘ、Ａｌ−（Ｏ，Ｎ）_Ｘ、Ａｌ_２Ｏ_３などを提示できるが、特に材質を限定するものではない。

図３に示す第２の実施形態では、図１と異なって第１の磁性部材３５及び第２の磁性部材３６をそれぞれ４つに分割している。各分割磁性部３５ａ〜３５ｄ，３６ａ〜３６ｄはそれぞれ同形状であり、各分割磁性部３５ａ〜３５ｄ，３６ａ〜３６ｄの長さ比ｂ／ａは４となっている。また各分割磁性部３５ａ〜３５ｄ，３６ａ〜３６ｄの積層構造は図２と同じであり、すなわち０．２５μｍ以下の膜厚を有する複数の磁性層３３が層間絶縁層３４を介して積層された構造となっている。具体的には例えば、０．２５μｍの膜厚を有する８層の磁性膜３３が層間絶縁層３４を介して積層された構成となっている。

図１、図３に示す実施形態では、それぞれ、第１の磁性部材１７，３５と第２の磁性部材３０，３６とが複数の分割磁性部で形成され、第１の磁性部材１７，３５と第２の磁性部材３０，３６とで分割磁性部の構成が同じとなっていた。

これに対して例えば図４（ａ）に示すように第１の磁性部材１７は、図１（ａ）と同様に例えば長さ比ｂ／ａが５とされた５つの分割磁性部１７ａ〜１７ｅに分割して構成されるが、図４（ｂ）に示すように第２の磁性部材３７は、図６（ａ）と同様に略正方形磁性部で構成されており複数に分割されていない。なお、少なくとも第１の磁性部材１７を構成する分割磁性部１７ａ〜１７ｅは、図２と同様に膜厚が０．２５μｍ以下とされた複数の磁性層３３が層間絶縁層３４を介して積層された構造となっている。また各磁性層３３の磁化容易軸方向ｅｍがＸ１−Ｘ２方向（第２の方向）とされている。

あるいは図５に示すように第１の磁性部材１７及び第２の磁性部材３６がともに長さ比ｂ／ａが４以上とされた複数の分割磁性部１７ａ〜１７ｅ，３６ａ〜３６ｄで構成されるが、第１の磁性部材１７は、図１（ａ）と同様に長さ比ｂ／ａが５とされた５つの分割磁性部１７ａ〜１７ｅで構成され、一方、第２の磁性部材３６は、図３（ｂ）と同様に長さ比ｂ／ａが４とされた４つの分割磁性部３６ａ〜３６ｄで構成される。このように第１の磁性部材１７と第２の磁性部材３６とがともに分割磁性部で構成されても、分割磁性部の数や長さ比ｂ／ａが異なっていてもよい。

図１〜図６の実施形態と違って第１の磁性部材と第２の磁性部材のいずれか一方を設けない構成とすることもできる。なお設けた磁性部材は長さ比ｂ／ａが４以上とされ、０．２５μｍ以下の膜厚の磁性層３３が層間絶縁層３４を介して積層され、さらに各磁性層３３の磁化容易軸方向ｅｍがＸ１−Ｘ２方向（第２の方向）とされた複数の分割磁性部にて構成される。

また図１（ｂ）に示すように、コイル１２，１３が絶縁基材１１の両面に形成された構成でなくてもよい。例えば絶縁基材１１の片面にのみコイルが形成された構成とすることもできるし、絶縁基材１１がなく、コイルと、コイルに絶縁状態で対向する磁性部材とが設けられた構成にすることもできる。

また図２に示す磁性層３３の層数は８層に限定されるものでない。ただし各磁性層３３の膜厚を足した総厚は２μｍ以下とすることが好ましいので、例えば磁性層３３の膜厚を０．２μｍとしたら、磁性層３３の層数を１０層以下とする。また分割磁性部の数を６以上にしてもよい。このとき、各分割磁性部の長さ比ｂ／ａを６以上とすることが好適である。長さ比ｂ／ａは小数点を有していてもよいが整数であることが好適である。したがって本実施形態では長さ比ｂ／ａは４，５，６，・・・であることが好ましい。

本実施形態における、コイルに絶縁状態で対向する磁性部材は、以下の特徴的部分を備えている。
（１） 磁性部材は、Ｙ１−Ｙ２方向に間隔ｃを空けて分割された複数の分割磁性部により構成される。各分割磁性部は、コイルの巻線方向であるＹ１−Ｙ２方向（第１の方向）及びＸ１−Ｘ２方向（第２の方向）に平行な辺を備える矩形状とされ、各分割磁性部がＹ１−Ｙ２方向に間隔ｃを空けて並設されている。
（２） 磁性部材を構成する各分割磁性部は同一形状であり、各分割磁性部のＹ１−Ｙ２方向の長さ寸法をａ、Ｘ１−Ｘ２方向の長さ寸法をｂとしたとき、長さ比ｂ／ａが４以上である。
（３） 各分割磁性部は、０．２５μｍ以下の膜厚を有する複数の磁性層３３が層間絶縁層３４を介して積層された構成である。
（４） 各磁性層３３の磁化容易軸方向ｅｍが、Ｘ１−Ｘ２方向（第２の方向）と平行な方向とされている。

以上により、渦電流損失に起因する鉄損を抑制でき、効果的にＱ値（性能係数）を増大させることができる。なおＱ値とは、コイルの性能の良さを表す数値であり、Ｑ＝ωＬ／Ｒで表される。ωは共振周波数における角速度、Ｌは、インダクタンス、Ｒは抵抗である。

また本実施形態では、磁性層３３を、主成分の元素Ｔ（元素ＴはＦｅまたはＣｏまたはその混合物を表す）と、元素Ｍ（元素Ｍは、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｓｉのうち少なくともいずれか一種を表す）と、元素Ｘ（ＯまたはＮのうち少なくともいずれか１種または２種を表す）からなる磁性材料により形成した。ＭＨｚ帯域で使用する用途では、フェライトなどは強磁性共鳴周波数にかかる領域となり、ヒステリシス損失に起因する鉄損が急激に大きくなるが、本実施形態の磁性層３３のようにナノ結晶系磁性体では、強磁性共鳴周波数が１００ＭＨｚ以上と高く、使用できる周波数を高周波にでき、上記した（１）〜（４）の構成とすることで、高周波帯域（特にＭＨｚ帯域）でのＱ値の増大を効果的に促進することができる。

以下の表１に示す磁性部材を有する磁気素子を形成した。なお磁気素子のコイルサイズとしては４．５ｍｍ×４．５ｍｍのものと、２．２ｍｍ×２．２ｍｍのものの２つを用意した。なお、コイルサイズ４．５ｍｍ×４．５ｍｍのものでは、磁気素子のサイズは５．０ｍｍ×５．０ｍｍとなり、コイルサイズ２．２ｍｍ×２．２ｍｍのものは、磁気素子のサイズは３．２ｍｍ×２．４ｍｍとなる。

まず表１の（ｅ）であるが、これは図７に示すように、磁性部材５０を正方形磁性部にて形成した構成である。磁性部材５０のＹ１−Ｙ２方向及びＸ１−Ｘ２方向の長さ寸法をそれぞれｂ、ｄとしたとき長さ比ｂ／ｄは１である。またｂ，ｄをそれぞれ４．５ｍｍとした。図７では、第１のコイル１２と対向する表面側の磁性部材５０が図示されているが、第２のコイル１３と対向する裏面側の磁性部材も磁性部材５０と同じ構成である。

表１（ｅ）に示す試料（ｅ）−１は、図７の正方形磁性部を２μｍの磁性層の単層構造で形成した構成、試料（ｅ）−２は、図７の正方形磁性部を１μｍの膜厚を有する２層の磁性層と１層の層間絶縁層との積層構造で形成した構成、試料（ｅ）−３は、図７の正方形磁性部を０．５μｍの膜厚を有する４層の磁性層と３層の層間絶縁層との積層構造で形成した構成、試料（ｅ）−４は、図７の正方形磁性部を０．２５μｍの膜厚を有する８層の磁性層と７層の層間絶縁層との積層構造で形成した構成とした。このように各試料における磁性層の膜厚を足した総厚を２μｍとした。

なお磁性層をＦｅ_{６７．６２}Ａｌ_{１５．０４}Ｎ_{１７．３４}で、層間絶縁層を、ＳｉＯ_２で形成した。ほかの試料についても同様である。

次に表１の（ａ）であるが、これは図７に示す表裏面に設けられた各正方形磁性部を図１と同じようにそれぞれ５つに分割した構成である。すなわち各分割磁性部の長さ比ｂ／ａは５であった。このとき各長さ寸法ａ、ｂ及び間隔ｃは、４．５ｍｍ□サイズコイルの場合、ａ＝０．９ｍｍ、ｂ＝４．５ｍｍ、ｃ＝１００μｍであり、２．２ｍｍ□サイズコイルの場合、ａ＝０．４４ｍｍ、ｂ＝２．２ｍｍ、ｃ＝５０μｍであった。

表１（ａ）の試料（ａ）−１は、（ｅ）−１同様に、２μｍの磁性層の単層構造で形成した構成（図１０の部分拡大縦断面図参照）、試料（ａ）−２は、（ｅ）−２と同様に、１μｍの膜厚を有する２層の磁性層３３と１層の層間絶縁層３４との積層構造で形成した構成（図１１の部分拡大縦断面図参照）、試料（ａ）−３は、試料（ｅ）−３と同様に、０．５μｍの膜厚を有する４層の磁性層３３と３層の層間絶縁層３４との積層構造で形成した構成（図１２の部分拡大縦断面図参照）、試料（ａ）−４は、試料（ｅ）−４と同様に、０．２５μｍの膜厚を有する８層の磁性層３３と７層の層間絶縁層３４との積層構造で形成した構成（図２の部分拡大縦断面図参照）とした。

次に表１の（ｂ）であるが、これは図７に示す表裏面に設けられた各正方形磁性部を図３と同じようにそれぞれ４つに分割した構成である。すなわち各分割磁性部の長さ比ｂ／ａは４であった。このとき各長さ寸法ａ、ｂ及び間隔ｃは、４．５ｍｍ□サイズコイルの場合、ａ＝１．１２５ｍｍ、ｂ＝４．５ｍｍ、ｃ＝１００μｍであり、２．２ｍｍ□サイズコイルの場合、ａ＝０．５５ｍｍ、ｂ＝２．２ｍｍ、ｃ＝５０μｍであった。

表１（ｂ）の試料（ｂ）−１は、（ｅ）−１同様に、２μｍの磁性層の単層構造で形成した構成、試料（ｂ）−２は、（ｅ）−２と同様に、１μｍの膜厚を有する２層の磁性層と１層の層間絶縁層との積層構造で形成した構成、試料（ａ）−３は、試料（ｅ）−３と同様に、０．５μｍの膜厚を有する４層の磁性層と３層の層間絶縁層との積層構造で形成した構成、試料（ｂ）−４は、試料（ｅ）−４と同様に、０．２５μｍの膜厚を有する８層の磁性層と７層の層間絶縁層との積層構造で形成した構成とした。

次に表１の（ｃ）であるが、これは図７に示す表裏面に設けられた各正方形磁性部を図８に示すように、それぞれ３つに分割した構成である。すなわち各分割磁性部５１ａ〜５２ｃの長さｂ／ａは３であった。このとき各長さ寸法ａ、ｂ及び間隔ｃは、４．５ｍｍ□サイズコイルの場合、ａ＝１．５ｍｍ、ｂ＝４．５ｍｍ、ｃ＝１００μｍであり、２．２ｍｍ□サイズコイルの場合、ａ＝０．７３ｍｍ、ｂ＝２．２ｍｍ、ｃ＝５０μｍであった。

表１（ｃ）の試料（ｃ）−１は、（ｅ）−１同様に、２μｍの磁性層の単層構造で形成した構成、試料（ｃ）−２は、（ｅ）−２と同様に、１μｍの膜厚を有する２層の磁性層と１層の層間絶縁層との積層構造で形成した構成、試料（ｃ）−３は、試料（ｅ）−３と同様に、０．５μｍの膜厚を有する４層の磁性層と３層の層間絶縁層との積層構造で形成した構成、試料（ｃ）−４は、試料（ｅ）−４と同様に、０．２５μｍの膜厚を有する８層の磁性層と７層の層間絶縁層との積層構造で形成した構成とした。

次に表１の（ｄ）であるが、これは図７に示す表裏面に設けられた各正方形磁性部を図９に示すように、それぞれ２つに分割した構成である。すなわち各分割磁性部５２ａ，５２ｂの長さ比ｂ／ａは２であった。このとき各長さ寸法ａ、ｂ及び間隔ｃは、４．５ｍｍ□サイズコイルの場合、ａ＝２．２５ｍｍ、ｂ＝４．５ｍｍ、ｃ＝１００μｍであり、２．２ｍｍ□サイズコイルの場合、ａ＝１．１ｍｍ、ｂ＝２．２ｍｍ、ｃ＝５０μｍであった。

表１（ｄ）の試料（ｄ）−１は、（ｅ）−１同様に、２μｍの磁性層の単層構造で形成した構成、試料（ｄ）−２は、（ｅ）−２と同様に、１μｍの膜厚を有する２層の磁性層と１層の層間絶縁層との積層構造で形成した構成、試料（ｄ）−３は、試料（ｅ）−３と同様に、０．５μｍの膜厚を有する４層の磁性層と３層の層間絶縁層との積層構造で形成した構成、試料（ｄ）−４は、試料（ｅ）−４と同様に、０．２５μｍの膜厚を有する８層の磁性層と７層の層間絶縁層との積層構造で形成した構成とした。

なお各試料において、磁性層の磁化容易軸方向をＸ１−Ｘ２方向（第２の方向）とした。

実験ではインダクタンスＬｓ及びＱ値及びそれらの周波数特性を測定した。インダクタンスＬｓの測定には、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｅ４９９１Ａ ＲＦネットワークアナライザーを用い、周波数１ＭＨｚ〜１ＧＨｚ、測定信号電流１ｍＡとして測定した。

またインダクタンスＬｓとＲｓ（薄型インダクタの等価回路におけるインピーダンスの抵抗成分）の周波数特性からＱ＝ωＬｓ／Ｒｓ（ω＝２πｆ）よりＱ値及びＱ値の周波数特性を算出した。なお以下の表２に示すＱ値は誘導性領域における各試料の最大値であり、Ｑ値が最大値となる周波数をｆ_ｑとした。

また各試料における磁化容易軸方向への保磁力Ｈｃｅ、磁化困難軸方向への保磁力Ｈｃｈ、異方性磁界Ｈｋについてもそれぞれ調べた。なお表１（ｆ）に示す試料１は、２μｍの磁性層の単層構造で形成した構成、試料２は、１μｍの膜厚を有する２層の磁性層と１層の層間絶縁層との積層構造で形成した構成、試料３は、０．５μｍの膜厚を有する４層の磁性層と３層の層間絶縁層との積層構造で形成した構成、試料４は、０．２５μｍの膜厚を有する８層の磁性層と７層の層間絶縁層との積層構造で形成した構成とし、基材（絶縁シート２０）はＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）材を使用した。なお各試料における化容易軸方向への保磁力Ｈｃｅ、磁化困難軸方向への保磁力Ｈｃｈ、異方性磁界Ｈｋは、各試料間において、大きな変化はなかった。

上記したインダクタンスＬｓ、Ｑ値、Ｑ値が最大値となる周波数をｆ_ｑの実験結果を、表１（ａ）〜（ｅ）に掲載した。インダクタンスＬｓについては、各試料において大きな変化はなかった。

図１３（ａ）は、表１（ａ）における試料（ａ）−１〜試料（ａ）−４のＱ値（最大値）を示すグラフであり、図１３（ｂ）は、表１（ｂ）における試料（ｂ）−１〜試料（ｂ）−４のＱ値（最大値）を示すグラフであり、図１３（ｃ）は、表１（ｃ）における試料（ｃ）−１〜試料（ｃ）−４のＱ値（最大値）を示すグラフであり、図１３（ｄ）は、表１（ｄ）における試料（ｄ）−１〜試料（ｄ）−４のＱ値（最大値）を示すグラフであり、図１３（ｅ）は、表１（ｅ）における試料（ｅ）−１〜試料（ｅ）−４のＱ値（最大値）を示すグラフである。

図１３（ｃ）〜（ｅ）に示すように、分割磁性部の長さ比ｂ／ａを２あるいは３とした形態、及び分割せずに正方形磁性部のまま磁性部材を構成した構成（ｂ／ａ＝１）では、磁性層の層数にかかわらずＱ値が低かった。具体的にはＱ値は２０以下であった。

これに対して、図１３（ａ）に示すように、分割磁性部の長さ比ｂ／ａを５とした構成及び図１３（ｂ）に示すように分割磁性部の長さ比ｂ／ａを４とした構成では、ともに、磁性層の膜厚を０．２５ｍｍとし層数を８層した構成とすることで、１０ＭＨｚ以上の高周波帯域にてＱ値の向上が顕著となり、効果的に高いＱ値が得られることがわかった。

以上により、分割磁性部の長さ比ｂ／ａを４以上とし、かつ、層間絶縁層を介して積層される複数の磁性層の膜厚を０．２５ｍｍ以下とし、コイルの巻線方向である一方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に磁性層の磁化容易軸方向を向けることで、１０ＭＨｚ以上の高周波帯域で、高いＱ値を得ることができるとわかった。

１０ 薄型インダクタ
１１ 絶縁基材
１２ 第１のコイル
１３ 第２のコイル
１４ 導通層
１５ 第１の取出電極層
１６ 第２の取出電極層
１７、３５ 第１の磁性部材
１７ａ〜１７ｅ、３０ａ〜３０ｅ、３５ａ〜３５ｄ、３６ａ〜３６ｄ 分割磁性部
２０ 絶縁シート
２８ 略正方形磁性部
３０、３６ 第２の磁性部材
３３ 磁性層
３４ 層間絶縁層
４０、４１ 磁性シート

Claims (9)

1. コイルと、前記コイルと絶縁状態にて対向配置された磁性部材と、を有し、
   前記コイルは、平面視にて第１の方向から前記第１の方向に対して直交する第２の方向に角部を介して折れ曲がりながら矩形状に巻回形成された平面コイルであり、
   前記磁性部材は、前記第１の方向及び前記第２の方向に平行な辺を備える複数の分割磁性部が、前記第１の方向に間隔を空けて並設して構成されており、各分割磁性部は、同一形状でかつ、前記第１の方向の長さ寸法をａ、前記第２の方向の長さ寸法をｂとしたとき、ｂ／ａは４以上とされており、
   前記各分割磁性部は、０．２５μｍ以下の膜厚を有する複数の磁性層が層間絶縁層を介して積層された構成であり、前記磁性層の磁化容易軸方向は、前記第２の方向に平行な方向とされていることを特徴とする磁気素子。
2. 前記コイルの上面側に形成された第１の磁性部材と、前記コイルの下面側に形成された第２の磁性部材とを、有し、
   前記第１の磁性部材及び前記第２の磁性部材の少なくとも一方が、前記層間絶縁層を介して複数の前記磁性層が積層された前記分割磁性部で構成されている請求項１記載の磁気素子。
3. 前記第１の磁性部材及び前記第２の磁性部材の双方が、前記層間絶縁層を介して複数の前記磁性層が積層された前記分割磁性部で構成されている請求項２記載の磁気素子。
4. 絶縁基材と、前記絶縁基材の上面に形成された第１のコイルと、前記絶縁基材の下面に形成され前記第１のコイルと電気的に接続された第２のコイルと、前記第１のコイルの上面に形成された前記第１の磁性部材と、前記第２のコイルの下面に形成された前記第２の磁性部材とを有する請求項２又は３に記載の磁気素子。
5. 前記分割磁性部は、略正方形もしくは略長方形の磁性部材を複数に分割したものである請求項１ないし４のいずれか１項に記載の磁気素子。
6. 前記各分割磁性部を構成する複数の前記磁性層を足した総厚は、２μｍ以下とされている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の磁気素子。
7. 前記磁性層は、主成分の元素Ｔ（元素ＴはＦｅまたはＣｏまたはその混合物を表す）と、元素Ｍ（元素Ｍは、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｓｉのうち少なくともいずれか一種を表す）と、元素Ｘ（ＯまたはＮのうち少なくともいずれか１種または２種を表す）とを有して形成される請求項１ないし６のいずれか１項に記載の磁気素子。
8. 前記各分割磁性部は、共通の絶縁シート表面に形成されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の磁気素子。
9. 前記各分割磁性部は、前記絶縁シートの表面に形成された略正方形もしくは略長方形の磁性部材を、共通の前記絶縁シートの状態を保持しつつ、複数に分割したものである請求項８記載の磁気素子。

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