JP2022154553A - inductor - Google Patents

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JP2022154553A
JP2022154553A JP2021057644A JP2021057644A JP2022154553A JP 2022154553 A JP2022154553 A JP 2022154553A JP 2021057644 A JP2021057644 A JP 2021057644A JP 2021057644 A JP2021057644 A JP 2021057644A JP 2022154553 A JP2022154553 A JP 2022154553A
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JP2021057644A
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誠 曽根原
Makoto Sonehara
敏郎 佐藤
Toshiro Sato
正幸 直江
Masayuki Naoe
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Shinshu University NUC
Research Institute for Electromagnetic Materials
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Shinshu University NUC
Research Institute for Electromagnetic Materials
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Abstract

To provide an inductor with large Q values in a frequency band from 100 MHz to hundreds of MHz.SOLUTION: In a planar spiral inductor, a first magnetic unit 10, a magnetic composite material inter-coil filling 20 in which a magnetic composite material obtained by combining magnetic fine particles and an insulating material is filled between wires of a coil 21, and a second magnetic unit 30 are laminated in this order. The first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 are formed by laminating two layers of magnetic anisotropic films 11, 12, 31, 32 having different easy magnetization directions with insulating layers 13, 33 interposed therebetween, and has magnetically isotropic in the film plane.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明はインダクタに関し、より詳細には平面型のスパイラルインダクタに関する。 The present invention relates to inductors, and more particularly to planar spiral inductors.

多くの電子機器はスイッチング電源を有している。GaNパワーデバイスの利用などによってスイッチング周波数が高周波化されることにより、電源内のインダクタ素子やキャパシタを小型、軽量化することができ、特に携帯電子機器やモビリティなどに好適に適用される。 Many electronic devices have switching power supplies. By increasing the switching frequency through the use of GaN power devices, etc., inductor elements and capacitors in power supplies can be made smaller and lighter, and they are particularly suitable for mobile electronic equipment and mobility.

高周波回路用インダクタには、小型化や集積化の観点から平面型スパイラルインダクタがよく用いられる。将来的には、磁心を具備したパワーインダクタを用いた周波数が数百MHzのスイッチング電源が実装される見込みである。しかし、数百MHzスイッチング電源に対応する低損失なパワーインダクタは未だに提案されていない。 Planar spiral inductors are often used as inductors for high-frequency circuits from the viewpoint of miniaturization and integration. In the future, it is expected that a switching power supply with a frequency of several hundred MHz using a power inductor with a magnetic core will be implemented. However, a low-loss power inductor compatible with a switching power supply of several hundred MHz has not yet been proposed.

本願発明者は、特許文献1において、高周波でインダクタを使用する際の課題である近接効果を抑制する技術を提案している。この技術は、インダクタのコイル間に高周波でも鉄損が小さな磁性微粒子複合材料を充填して、近接効果を抑制することにより、等価直列抵抗Rsを低減してQ値(ωL/Rs)を高くしている。 In Patent Document 1, the inventor of the present application has proposed a technique for suppressing the proximity effect, which is a problem when using inductors at high frequencies. This technology fills the space between the coils of the inductor with a magnetic fine particle composite material that has low iron loss even at high frequencies, suppressing the proximity effect, thereby reducing the equivalent series resistance Rs and increasing the Q value (ωL/Rs). ing.

また、平面コイルを上下に挟んで絶縁層が形成され、さらにその上面及び下面に、磁化(磁化容易軸)方向が互いに直交した磁性膜を積層してなる積層構造の平面型インダクタが開示されている(例えば、特許文献2参照)。 Also disclosed is a planar inductor having a laminated structure in which insulating layers are formed with a planar coil sandwiched between the upper and lower sides, and magnetic films whose magnetization (easy axis of magnetization) directions are perpendicular to each other are laminated on the upper and lower surfaces of the insulating layers. (See, for example, Patent Document 2).

特許第6486614号公報Japanese Patent No. 6486614 特開平4-363006号公報JP-A-4-363006

上記特許文献1に開示されている技術においては、等価直列抵抗Rsを低減してQ値を高くしているが、実用化のためにはインダクタ素子として最重要パラメータであるインダクタンスLを高くする必要がある。しかし、従来技術ではインダクタンスLを高くすることは困難であった。 In the technique disclosed in Patent Document 1, the equivalent series resistance Rs is reduced to increase the Q value. There is However, it was difficult to increase the inductance L with the conventional technology.

また、特許文献2などに開示されている技術においては、100MHz~数百MHzの高周波領域においては、周波数の二乗に比例し電気抵抗率に反比例して生じる渦電流による損失が特に問題となり、Q値を大きくするには限界があった。 In addition, in the technology disclosed in Patent Document 2, etc., in the high frequency range of 100 MHz to several hundred MHz, loss due to eddy currents that occur in proportion to the square of the frequency and in inverse proportion to the electrical resistivity is a particular problem. There was a limit to increasing the value.

本発明は、100MHz~数百MHzの高周波数帯域において、大きなQ値を有するインダクタを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an inductor having a large Q value in a high frequency band from 100 MHz to several hundred MHz.

本発明のインダクタは、第1磁気ユニット、磁性微粒子と絶縁材料とを複合してなる磁性複合材料がコイルの線間に充填された磁性複合材料コイル間充填体、及び第2磁気ユニットがこの順に積層された平面型のスパイラルインダクタであって、前記第1磁気ユニット及び前記第2磁気ユニットはそれぞれ、互いに磁化容易方向が相違する2層の膜面内一軸磁気異方性膜を絶縁層を挟んで積層してなり、膜面内において磁気等方性であることを特徴とする。 The inductor of the present invention comprises a first magnetic unit, a magnetic composite inter-coil filler filled with a magnetic composite material obtained by combining magnetic fine particles and an insulating material, and a second magnetic unit in this order. In the laminated planar spiral inductor, each of the first magnetic unit and the second magnetic unit includes two layers of in-plane uniaxial magnetic anisotropic films having different easy magnetization directions, sandwiching an insulating layer. and is magnetically isotropic in the film plane.

本発明のインダクタによれば、磁性微粒子と絶縁材料とを複合してなる磁性複合材料がコイルの線間に充填された磁性複合材料コイル間充填体が、共に膜面内において磁気等方性である第1磁気ユニット及び第2磁気ユニットによって挟まれている。この第1及び第2磁気ユニットは、上記特許文献2などに開示されている磁性膜と絶縁層との積層体と比較して、100MHz~数百MHzの高周波数帯域において、高比抵抗であり、漏れ電流の発生による損失の抑制を図ることができる。これにより、上記特許文献1,2などに記載されている技術と比較して、100MHz~数百MHzの周波数帯域において、大きなQ値を有するインダクタを得ることが可能となる。 According to the inductor of the present invention, the magnetic composite inter-coil filler, in which the magnetic composite material obtained by combining the magnetic fine particles and the insulating material is filled between the coil lines, is magnetically isotropic in the film plane. It is sandwiched by a first magnetic unit and a second magnetic unit. The first and second magnetic units have a high specific resistance in a high frequency band of 100 MHz to several hundred MHz compared to the laminated body of the magnetic film and the insulating layer disclosed in Patent Document 2 and the like. , the loss due to the occurrence of leakage current can be suppressed. This makes it possible to obtain an inductor having a large Q value in the frequency band of 100 MHz to several hundred MHz compared to the techniques described in Patent Documents 1 and 2 above.

本発明のインダクタにおいて、例えば、前記2層の膜面内一軸磁気異方性膜は、それぞれナノグラニュラー膜からなる。 In the inductor of the present invention, for example, each of the two in-plane uniaxial magnetic anisotropic films is made of a nanogranular film.

本発明のインダクタにおいて、前記2層の膜面内一軸磁気異方性膜のうち一方の膜面内一軸磁気異方性膜の磁化容易方向と前記2層の膜面内一軸磁気異方性膜のうち他方の膜面内一軸磁気異方性膜の磁化容易方向とは直交することが好ましい。 In the inductor of the present invention, the direction of easy magnetization of one of the two layers of in-plane uniaxial magnetic anisotropic films and the two layers of in-plane uniaxial magnetic anisotropy films It is preferable that the direction of easy magnetization of the other in-plane uniaxial magnetic anisotropic film is orthogonal.

この場合、第1又は第2磁気ユニットの一方の膜面内一軸磁気異方性膜の磁化容易方向に生じ得る漏れ磁束を他方の膜面内一軸磁気異方性膜によって外部に漏洩することを抑制することが可能となる。これにより、さらに、Q値の向上を図ることが可能となる。 In this case, leakage magnetic flux that can occur in the direction of easy magnetization of one of the in-plane uniaxial magnetic anisotropic films of the first or second magnetic unit is prevented from leaking to the outside through the other in-plane uniaxial magnetic anisotropic film. can be suppressed. This makes it possible to further improve the Q value.

本発明のインダクタにおいて、例えば、前記一方の膜面内一軸磁気異方性膜は、(M1aM2b)1-X(L1cFd)X(M1:Fe,Co,及びNiからなる群より選ばれる少なくとも一種、M2:Pd及びPtの少なくとも一種、L1:Li,Mg,Al,Ca,Sr,Ba,Gd及びYからなる群より選ばれる少なくとも一種、0.5≦a≦1.0、0≦b≦0.5(a+b=1)、0.2≦c≦0.4、0.6≦d≦0.8(c+d=1)、0.15≦X≦0.55(全て原子比率))なる組成を有するナノグラニュラー膜であり、前記他方の膜面内一軸磁気異方性膜は、(M3hM4i)1-Y(L2jFk)Y(M3:Fe,Co,及びNiからなる群より選ばれる少なくとも一種、M4:Pd及びPtの少なくとも一種、L2:Li,Mg,Al,Ca,Sr,Ba,Gd及びYからなる群より選ばれる少なくとも一種、0.5≦h≦1.0、0≦i≦0.5(h+i=1)、0.2≦j≦0.4、0.6≦k≦0.8(j+k=1)、0.15≦Y≦0.55(全て原子比率))なる組成を有するナノグラニュラー膜であることが好ましい。 In the inductor of the present invention, for example, the one in-plane uniaxial magnetic anisotropic film is (M1aM2b)1-X(L1cFd)X(M1: at least one selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni, M2: at least one of Pd and Pt, L1: at least one selected from the group consisting of Li, Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd and Y, 0.5≤a≤1.0, 0≤b≤0 .5 (a + b = 1), 0.2 ≤ c ≤ 0.4, 0.6 ≤ d ≤ 0.8 (c + d = 1), 0.15 ≤ X ≤ 0.55 (all atomic ratios )), and the other in-plane uniaxial magnetic anisotropic film is selected from the group consisting of (M3hM4i)1-Y(L2jFk)Y(M3: Fe, Co, and Ni at least one, M4: at least one of Pd and Pt, L2: at least one selected from the group consisting of Li, Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd and Y, 0.5≤h≤1.0, 0≤ i ≤ 0.5 (h + i = 1), 0.2 ≤ j ≤ 0.4, 0.6 ≤ k ≤ 0.8 (j + k = 1), 0.15 ≤ Y ≤ 0.55 ( It is preferably a nanogranular film having a composition of all atomic ratios)).

この場合、100MHz~数百MHzの高周波数帯域において、高比抵抗であり、コイルから生じる磁束が外部に漏洩することを抑制する第1及び第2磁気ユニットを得ることが可能となる。 In this case, it is possible to obtain the first and second magnetic units that have a high specific resistance in a high frequency band of 100 MHz to several hundred MHz and suppress leakage of the magnetic flux generated from the coil to the outside.

そして、本発明のインダクタは、10MHz~10Gzの周波数帯域で使用されることに適している。 And the inductor of the present invention is suitable for use in the frequency band of 10 MHz to 10 Gz.

本発明の実施形態に係るインダクタ100を示す上面図である。1 is a top view showing an inductor 100 according to an embodiment of the invention; FIG. 図1のI I -I I線における断面図である。2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 1; FIG. 第1及び第2磁気ユニットの複素比透磁率の周波数特性の実測結果を示すグラフである。7 is a graph showing actual measurement results of frequency characteristics of complex relative permeability of the first and second magnetic units. 第1及び第2磁気ユニットの損失係数の周波数特性の実測結果を示すグラフである。7 is a graph showing actual measurement results of frequency characteristics of loss factors of the first and second magnetic units. インダクタンスLの周波数特性の解析結果を示すグラフである。5 is a graph showing analysis results of frequency characteristics of inductance L; 等価直列抵抗Rsの周波数特性の解析結果を示すグラフである。4 is a graph showing analysis results of frequency characteristics of an equivalent series resistance Rs; Q値の周波数特性の解析結果を示すグラフである。7 is a graph showing analysis results of frequency characteristics of the Q value;

本発明の実施形態に係るインダクタ100は、図1及び図2に示すように、第1磁気ユニット10、磁性複合材料コイル間充填体20、及び第2磁気ユニット30がこの順に積層された平面型のスパイラルインダクタである。 As shown in FIGS. 1 and 2, the inductor 100 according to the embodiment of the present invention is a planar type in which a first magnetic unit 10, a magnetic composite material inter-coil filler 20, and a second magnetic unit 30 are laminated in this order. is a spiral inductor.

磁性複合材料コイル間充填体20は、平面型のコイル(巻き線)21と、磁性微粒子と絶縁材料とを複合してなる磁性複合材料がコイル21の線間に充填されてなる磁性複合材料体22とを備えている。 The magnetic composite material inter-coil filler 20 is a magnetic composite material body in which a planar coil (winding wire) 21 and a magnetic composite material obtained by combining magnetic fine particles and an insulating material are filled between the wires of the coil 21. 22.

磁性複合材料コイル間充填体20は、ここでは、矩形状、詳しくは正方形状の平板である。磁性複合材料コイル間充填体20の厚さ、一辺の長さなどの寸法は、使用する電源、要求されるインダクタンスなどに応じて適宜定めればよい。 The magnetic composite inter-coil filler 20 is here a rectangular, more specifically square flat plate. Dimensions such as the thickness and the length of one side of the magnetic composite material inter-coil filler 20 may be appropriately determined according to the power supply to be used, the required inductance, and the like.

なお、コイル21には、その中央部付近における一方の端部にて上方に突出する第1のグランド線部21aと、その周縁部における他方の端部にて上方に突出する第2のグランド線部21bとを備えている。これらグランド線部21a,21bは、第1磁気ユニット10内に位置している。 The coil 21 has a first ground wire portion 21a protruding upward at one end near the center thereof, and a second ground wire portion 21a protruding upward at the other end of the peripheral portion. and a portion 21b. These ground wire portions 21 a and 21 b are located inside the first magnetic unit 10 .

インダクタ100において、平面型スパラルインダクタとして作用する部位は中央部のコイル21であり、コイル部21が純粋な意味でのインダクタである。インダクタ100は、広い意味でのインダクタであり、インダクタ素子である。 In the inductor 100, the central coil 21 acts as a planar spiral inductor, and the coil portion 21 is an inductor in a pure sense. The inductor 100 is an inductor in a broad sense and an inductor element.

磁性複合材料体22は、コイル21の線間を厚さ方向に充填するとともに、及びコイル21の外側の領域も厚さ方向に充填するように磁気ユニット10上に設けられている。実施形態のコイル部21及びグランド線部21a,21bの厚さは8μmであり、磁性複合材料体22の厚さも8μmである。すなわち、磁性複合材料体22はコイル部21及びグランド線部21a,21bと同厚に、コイル部21及びグランド線部21a,21bが形成されている面と同一面に形成されている。 The magnetic composite material body 22 is provided on the magnetic unit 10 so as to fill the space between the wires of the coil 21 in the thickness direction and also fill the outer region of the coil 21 in the thickness direction. The thickness of the coil portion 21 and the ground wire portions 21a and 21b of the embodiment is 8 μm, and the thickness of the magnetic composite material body 22 is also 8 μm. That is, the magnetic composite material body 22 is formed to have the same thickness as the coil portion 21 and the ground wire portions 21a and 21b, and is formed on the same surface as the coil portion 21 and the ground wire portions 21a and 21b.

磁性複合材料体22をなす磁性複合材料は、磁性微粒子と絶縁材料とを混合した磁性複合材料である。磁性微粒子と絶縁材料との体積比は、例えば10:90~80:20である。さらに具体的には、Fe系磁性微粒子として、カルボニル鉄粉からなる、平均粒径1.1μmの略球体状の粒子を使用し、絶縁材料としてはエポキシ樹脂を使用し、カルボニル鉄粉とエポキシ樹脂とを1:1の体積比となるように溶剤を加えてインク状として使用すればよい。 The magnetic composite material forming the magnetic composite material body 22 is a magnetic composite material in which magnetic fine particles and an insulating material are mixed. A volume ratio of the magnetic fine particles and the insulating material is, for example, 10:90 to 80:20. More specifically, approximately spherical particles made of carbonyl iron powder with an average particle diameter of 1.1 μm are used as the Fe-based magnetic fine particles, and epoxy resin is used as the insulating material, and the carbonyl iron powder and the epoxy resin are used. A solvent may be added so that the volume ratio of 1 to 1 is 1:1, and used as an ink.

そして、 コイル部21によって形成された凹凸を平坦化するように、印刷法により、上記カルボニル鉄粉とエポキシ樹脂からなる磁性複合材料を供給し、コイル21の線間に充填するとともに、コイル21の外側の領域に平坦状に充填した後、大気中において、例えば、ホットプレートを用いて120℃で5分間、電気炉で用いて120℃で120分、140℃で180加熱し、磁性複合材料に含まれている溶媒を除去し、エポキシ樹脂を完全硬化させて、磁性複合材料20を得ればよい。 Then, the magnetic composite material composed of the carbonyl iron powder and the epoxy resin is supplied by a printing method so as to flatten the unevenness formed by the coil portion 21, and the space between the lines of the coil 21 is filled. After filling the outer region flat, in the atmosphere, for example, using a hot plate, heating at 120 ° C. for 5 minutes, using an electric furnace at 120 ° C. for 120 minutes, and heating at 140 ° C. for 180 minutes to form a magnetic composite material. The contained solvent is removed and the epoxy resin is completely cured to obtain the magnetic composite material 20 .

なお、コイル21の表面が磁性複合材料によって被覆されないように、サンドペーパーなどを用いて表面を粗く研磨した後、上部に第2磁気ユニット30を形成するために鏡面研磨ることが好ましい。このようにコイル21の表面が磁性複合材料によって被覆されないようにする方がインダクタの高周波特性が向上するが、用途によっては、コイル21の表面が磁性複合材料によって被覆されていてもよい。 In order to prevent the surface of the coil 21 from being covered with the magnetic composite material, it is preferable to roughen the surface with sandpaper or the like, and then mirror-polish the surface to form the second magnetic unit 30 thereon. Although the high-frequency characteristics of the inductor are improved by not covering the surface of the coil 21 with the magnetic composite material, the surface of the coil 21 may be covered with the magnetic composite material depending on the application.

磁性複合材料に使用する磁性微粒子として、Fe系磁性微粒子を使用すれば、Fe系材料が磁気特性に優れている、入手しやすいという点で好ましい。Fe系磁性微粒子は、Fe微粒子とFe合金微粒子とを含む意味である。磁性微粒子としては、Fe系磁性微粒子以外に、Co系磁性微粒子、Ni系磁性微粒子を使用することができる。これらの微粒子もFe系磁性微粒子と同様の作用を奏する。 It is preferable to use Fe-based magnetic fine particles as the magnetic fine particles used in the magnetic composite material, since the Fe-based material has excellent magnetic properties and is easily available. Fe-based magnetic fine particles include Fe fine particles and Fe alloy fine particles. As magnetic fine particles, in addition to Fe-based magnetic fine particles, Co-based magnetic fine particles and Ni-based magnetic fine particles can be used. These fine particles also have the same effect as the Fe-based magnetic fine particles.

コイル21の線間を充填する磁性複合材料に用いる磁性材料として磁性微粒子を使用する理由は、外部磁束が磁性微粒子に鎖交した際に磁性微粒子に生じる誘導電流(渦電流)は無視することができ、誘導電流による磁気損失をきわめて低く抑えることができるからである。 The reason why magnetic fine particles are used as the magnetic material for the magnetic composite material that fills the spaces between the wires of the coil 21 is that the induced current (eddy current) generated in the magnetic fine particles when external magnetic flux interlinks with the magnetic fine particles can be ignored. This is because the magnetic loss due to the induced current can be suppressed to an extremely low level.

磁性微粒子に生じる誘導電流による磁気損失が無視できるのは、磁性微粒子の粒子サイズが小さいからである。個々の磁性微粒子に誘導電流が生じても、粒子が小さいため、磁束変化に追随して抵抗損失にまで至らない。このような粒子による効果を利用するには、なるべく小さな磁性微粒子を使用するのが好ましい。 The magnetic loss due to the induced current generated in the magnetic fine particles can be ignored because the particle size of the magnetic fine particles is small. Even if an induced current is generated in each magnetic fine particle, since the particles are small, the change in magnetic flux is followed and resistance loss does not occur. In order to utilize the effects of such particles, it is preferable to use magnetic fine particles as small as possible.

Fe微粒子などの磁性微粒子は、球体状であって、平均粒径が0.1μm~20μm、より好ましくは0.5μm~5μmである。磁性微粒子の素材にもよるが、磁性微粒子としては粒径2μm以下のものであれば、0.1~1GHzの周波数帯域で使用するインダクタの磁性複合材料体22の材料として十分に使用することができる。なお、磁性微粒子は球体状であるものに限られず、楕円球状などの他の形状、又は、外表面に凹凸などがあってもよい。 Magnetic fine particles such as Fe fine particles are spherical and have an average particle size of 0.1 μm to 20 μm, more preferably 0.5 μm to 5 μm. Although it depends on the material of the magnetic fine particles, if the magnetic fine particles have a particle size of 2 μm or less, they can be sufficiently used as the material of the magnetic composite material body 22 of the inductor used in the frequency band of 0.1 to 1 GHz. can. The magnetic microparticles are not limited to spherical ones, and may have other shapes such as elliptical spheres, or may have irregularities on the outer surface.

第1磁気ユニット10及び第2磁気ユニット30は、ここでは、円盤状の平板である。第1磁気ユニット10及び第2磁気ユニット30の直径は、磁性複合材料コイル間充填体20の大きさに応じて定まる。なお、第1磁気ユニット10及び第2磁気ユニット30は、円盤状の平板に限定されない。 The first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 are disk-shaped flat plates here. The diameters of the first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 are determined according to the size of the magnetic composite inter-coil filler 20 . Note that the first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 are not limited to disk-shaped flat plates.

そして、第1磁気ユニット10及び第2磁気ユニット30は、上面視でコイル21を全て含むような形状となっている。また、第1磁気ユニット10と第2磁気ユニット30とは同じ大きさ、特に上面視での形状が同じであることが好ましい。 The first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 are shaped to include all the coils 21 when viewed from above. Moreover, it is preferable that the first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 have the same size, particularly the same shape when viewed from above.

第1磁気ユニット10は、ここでは、膜面内に一軸磁気異方性を有する磁気異方性膜11と、同じく膜面内に一軸磁気異方性を有する磁気異方性膜12とが磁気結合しないように、絶縁層13を間に挟んで積層されてなるものであり、後述のようにこれら磁性異方性膜11,12の磁気異方性が相殺されることによって膜面内において磁気等方性となっている。そして、第2磁気ユニット30も、ここでは、膜面内に一軸磁気異方性を有する磁気異方性膜31と、同じく膜面内に一軸磁気異方性を有する磁気異方性膜32とが磁気結合しないように、絶縁層33を間に挟んで積層されてなるものであり、これら磁性異方性膜31,32の磁気異方性が相殺されることによって膜面内において磁気等方性となっている。 The first magnetic unit 10 includes a magnetic anisotropic film 11 having uniaxial magnetic anisotropy in the film plane and a magnetic anisotropic film 12 similarly having uniaxial magnetic anisotropy in the film plane. These magnetic anisotropic films 11 and 12 are laminated with an insulating layer 13 interposed therebetween so as not to be coupled. It is isotropic. The second magnetic unit 30 also includes a magnetic anisotropic film 31 having uniaxial magnetic anisotropy in the film plane and a magnetic anisotropic film 32 similarly having uniaxial magnetic anisotropy in the film plane. are stacked with an insulating layer 33 interposed therebetween so as not to be magnetically coupled. It is sex.

第1磁気ユニット10の磁気異方性膜11,12は、共に膜面内一軸磁気異方性膜であって磁気異方性定数Ku1を有し、第2磁気ユニット30の磁気異方性膜31,32は、共に膜面内一軸磁気異方性膜であって磁気異方性定数Ku2を有している。ここでは、第1及び第2磁気ユニット10,30において、一方の磁気異方性膜11,31の磁化容易方向と他方の磁気異方性膜12,32との磁化容易方向はそれぞれ直交している。ただし、第1磁気ユニット10及び第2磁気ユニット30は磁気結合していないため、磁気異方性膜12とこれと直近する磁気異方性膜31との磁化容易方向は直交以外に交差していても、交差していなくてもよい。 The magnetic anisotropic films 11 and 12 of the first magnetic unit 10 are both in-plane uniaxial magnetic anisotropic films and have a magnetic anisotropy constant Ku1 . Both the films 31 and 32 are in-plane uniaxial magnetic anisotropy films and have a magnetic anisotropy constant Ku2 . Here, in the first and second magnetic units 10 and 30, the direction of easy magnetization of one of the magnetic anisotropic films 11 and 31 and the direction of easy magnetization of the other magnetic anisotropic film 12 and 32 are orthogonal to each other. there is However, since the first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 are not magnetically coupled, the directions of easy magnetization of the magnetic anisotropic film 12 and the adjacent magnetic anisotropic film 31 intersect other than orthogonally. may or may not intersect.

これら磁気異方性膜11,12,31,32において、磁気異方性膜12,32の磁化容易方向から膜面内で角度θの方向に微少振幅の高周波磁界Hexが印加された時、磁気異方性膜12,32の透磁率μ2は、μ2(θ)=Ms2×sin2θ/2Ku2となる。磁気異方性膜12,32と磁化容易方向が直交している磁気異方性膜11,31の透磁率μ1は、μ1(θ)=Ms1×sin2(90-θ)/2Ku1となる。強磁性薄膜積層体としての透磁率μ(θ)は、μ1(θ)+μ2(θ)である。なお、Ms1及びMs2は、それぞれ磁気異方性膜11,31及び磁気異方性膜12,32の飽和磁化である。 In these magnetic anisotropic films 11, 12, 31, and 32, when a high-frequency magnetic field H ex of minute amplitude is applied in the direction of an angle θ in the film plane from the direction of easy magnetization of the magnetic anisotropic films 12 and 32, The magnetic permeability μ 2 of the magnetic anisotropic films 12 and 32 is μ 2 (θ)=M s2 ×sin 2 θ/2K u2 . The magnetic permeability μ 1 of the magnetic anisotropic films 11 and 31 whose easy magnetization direction is perpendicular to that of the magnetic anisotropic films 12 and 32 is μ 1 (θ)=M s1 ×sin 2 (90−θ)/2K becomes u1 . The magnetic permeability μ(θ) of the ferromagnetic thin film laminate is μ 1 (θ)+μ 2 (θ). M s1 and M s2 are the saturation magnetizations of the magnetic anisotropic films 11 and 31 and the magnetic anisotropic films 12 and 32, respectively.

第1及び第2磁気ユニット10,30において、一方の磁気異方性膜11,31及び他方の磁気異方性膜12,32の諸元が同じであれば、Ms1=Ms2=Ms及びKu1=Ku2=Kuのため、μ1(θ)+μ2(θ)においては、三角関数から成る係数が消滅し、Ms/2Kuとなって、高周波磁界Hexの入射角度θの依存性がなくなり定数となることから、膜面内で、透磁率の分布が完全等方となる。一方、各磁気異方性膜11,12,31,32の諸元が製法上のバラツキなどにより一致せず、Ku1≠Ku2、若しくはMs1≠Ms2及びKu1≠Ku2であれば、透磁率の分布が完全等方から崩れ、あくまでも等方的となるが、概ね等方となるので、大きな問題とはならない。 In the first and second magnetic units 10 and 30, if the magnetic anisotropic films 11 and 31 on one side and the magnetic anisotropic films 12 and 32 on the other side have the same specifications, then M s1 =M s2 =M s and K u1 =K u2 =K u , in μ 1 (θ)+μ 2 (θ), the coefficient of the trigonometric function vanishes, resulting in M s /2K u and the incident angle of the high-frequency magnetic field H ex Since the dependence on θ is eliminated and it becomes a constant, the distribution of magnetic permeability becomes completely isotropic in the film plane. On the other hand, if the specifications of the magnetic anisotropic films 11, 12, 31, and 32 do not match due to variations in the manufacturing process, and Ku1Ku2 , or M s1 ≠ M s2 and Ku1Ku2 , , the distribution of magnetic permeability breaks down from perfectly isotropic and becomes isotropic to the last, but since it becomes almost isotropic, it does not pose a big problem.

本原理自体は、非特許文献1(Y. Shimada, E. Sugawara, and H. Fujimori: “Initial permeability of composite anisotropy multilayer films”, Journal of Applied Physics, Vol. 76, No.4, pp. 2395-2398 (1994))を例として、以前より知られる。 This principle itself is described in Non-Patent Document 1 (Y. Shimada, E. Sugawara, and H. Fujimori: “Initial permeability of composite anisotropy multilayer films”, Journal of Applied Physics, Vol. 76, No. 4, pp. 2395- 2398 (1994)) as an example.

なお、インダクタ100の基板40を除いた厚さを確保させるために、第1及び第2磁気ユニット10,30内の磁気異方性膜11、12,31,32を、多段、すなわち、第1磁気ユニット10内の磁気異方性膜11、12及び第2磁気ユニット30内の磁気異方性膜31,32を共に4層、6層などの多層としてもよい。 In addition, in order to secure the thickness of the inductor 100 excluding the substrate 40, the magnetic anisotropic films 11, 12, 31, 32 in the first and second magnetic units 10, 30 are arranged in multiple stages, that is, the first Both the magnetic anisotropic films 11 and 12 in the magnetic unit 10 and the magnetic anisotropic films 31 and 32 in the second magnetic unit 30 may be multi-layered, such as four layers or six layers.

第1及び第2磁気ユニット10,30の一方の磁気異方性膜11,31は、例えば、ナノグラニュラー膜からなるが、膜面内一軸磁気異方性膜であればよく、ナノグラニュラー膜からなるものに限定されない。ただし、磁気異方性膜11,31がナノグラニュラー膜からなるものであれば、電気比抵抗が高く、透磁率が数GHzまで磁気共鳴が可能となるという利点を有する。なお、非特許文献1に記載の技術においては、比抵抗の低い金属磁性薄膜を用いている。 One of the magnetic anisotropic films 11 and 31 of the first and second magnetic units 10 and 30 is made of, for example, a nanogranular film, but it may be an in-plane uniaxial magnetic anisotropic film, which is made of a nanogranular film. is not limited to However, if the magnetic anisotropic films 11 and 31 are made of nano-granular films, they have the advantage that they have a high electrical resistivity and a magnetic permeability of up to several GHz, enabling magnetic resonance. In addition, in the technique described in Non-Patent Document 1, a metal magnetic thin film having a low specific resistance is used.

磁気異方性膜11,31は、ここでは、(M1aM2b)1-X(L1cFd)X(M1:Fe,Co,及びNiからなる群より選ばれる少なくとも一種、M2:Pd及びPtの少なくとも一種、L1:Li,Mg,Al,Ca,Sr,Ba,Gd及びYからなる群より選ばれる少なくとも一種)なる組成を有するナノグラニュラー膜である。 The magnetic anisotropic films 11 and 31 are (M1aM2b) 1-x (L1cFd) x (M1: at least one selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni; M2: at least one selected from Pd and Pt; L1: A nanogranular film having a composition of at least one selected from the group consisting of Li, Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd and Y).

このようなナノグラニュラー膜として、具体的には、CoPd-CaF2、CoPd-MgF2、CoFePd-CaF2、CoFe-CaF2、CoFe-BaF2、及びCoFe-MgF2などを挙げることができる。 Specific examples of such nanogranular films include CoPd--CaF 2 , CoPd--MgF 2 , CoFePd--CaF 2 , CoFe--CaF 2 , CoFe--BaF 2 and CoFe--MgF 2 .

また、磁気異方性膜11,31を形成するナノグラニュラー膜を構成する金属(磁性)部分の割合を確定するa,bは、0.5≦a≦1.0、0≦b≦0.5(a+b=1)であることが好ましい。同様に、このナノグラニュラー膜を構成する絶縁部分の金属L1とF(フッ素)との割合を確定するc、dは、0.2≦c≦0.4、0.6≦d≦0.8(c+d=1)であることが好ましい。さらに、金属部分と絶縁部分との割合を確定するXは、0.15≦X≦0.55(全て原子比率)であることが好ましい。これらによって、本発明の目的を効率よく実現することができる。 Further, a and b, which determine the ratio of the metal (magnetic) portion constituting the nanogranular films forming the magnetic anisotropic films 11 and 31, are 0.5≤a≤1.0 and 0≤b≤0.5. (a+b=1) is preferred. Similarly, c and d that determine the ratio of the metal L1 and F (fluorine) in the insulating portion constituting this nanogranular film are 0.2≤c≤0.4, 0.6≤d≤0.8 ( It is preferred that c+d=1). Furthermore, it is preferable that X, which determines the ratio of the metal portion and the insulating portion, satisfies 0.15≦X≦0.55 (all atomic ratios). These can efficiently achieve the object of the present invention.

なお、磁気異方性膜11,31の厚さは特に限定されるものではないが、ナノグラニュラー膜から成る場合には、100nm以下であることが、高い透磁率の物性を得るためには好ましい。 Although the thickness of the magnetic anisotropic films 11 and 31 is not particularly limited, it is preferably 100 nm or less in the case of nanogranular films in order to obtain physical properties of high magnetic permeability.

なお、ナノグラニュラー膜の透磁率の厚み依存性については、非特許文献2(直江正幸, 遠藤恭, 宮崎孝道, 室賀翔, 馬静言, 枦修一郎, 石山和志: 「(CoPd-CaF2)/(CaF2)ナノグラニュラー積層膜のGHz帯高周波複素透磁率とノイズ抑制効果」、電気学会研究会資料, pp.51-56, MAG-18-072/LD-18-045 (2018))に記載されている。 Regarding the thickness dependence of the magnetic permeability of nanogranular films, see Non-Patent Document 2 (Mas. GHz Band High-Frequency Complex Permeability and Noise Suppression Effect of Laminated Films", Institute of Electrical Engineers of Japan Research Meeting Materials, pp.51-56, MAG-18-072/LD-18-045 (2018)).

第1及び第2磁気ユニット10,30の他方の磁気異方性膜12,32は、例えば、ナノグラニュラー膜からなるが、膜面内一軸磁気異方性膜であればよく、ナノグラニュラー膜からなるものに限定されない。磁気異方性膜12,32は、ここでは、(M3hM4i)1-Y(L2jFk)Y(M3:Fe,Co,及びNiからなる群より選ばれる少なくとも一種、M4:Pd及びPtの少なくとも一種、L1:Li,Mg,Al,Ca,Sr,Ba,Gd及びYからなる群より選ばれる少なくとも一種)なる組成を有するナノグラニュラー膜である。 The other magnetic anisotropic films 12 and 32 of the first and second magnetic units 10 and 30 are made of, for example, nanogranular films, but any in-plane uniaxial magnetic anisotropic films may be used and made of nanogranular films. is not limited to The magnetic anisotropic films 12 and 32 are (M3hM4i) 1-Y (L2jFk) Y (M3: at least one selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni; M4: at least one selected from Pd and Pt; L1: A nanogranular film having a composition of at least one selected from the group consisting of Li, Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd and Y).

このようなナノグラニュラー膜として、具体的には、CoPd-CaF2、CoPd-MgF2、CoFePd-CaF2、CoFe-CaF2、CoFe-BaF2、及びCoFe-MgF2などを挙げることができる。 Specific examples of such nanogranular films include CoPd--CaF 2 , CoPd--MgF 2 , CoFePd--CaF 2 , CoFe--CaF 2 , CoFe--BaF 2 and CoFe--MgF 2 .

また、磁気異方性膜11,31を形成するナノグラニュラー膜を構成する金属(磁性)部分の割合を確定するh,iは、0.5≦h≦1.0、0≦i≦0.5(h+i=1)であることが好ましい。同様に、このナノグラニュラー膜を構成する絶縁部分の金属L2とF(フッ素)との割合を確定するj、kは、0.2≦j≦0.4、0.6≦k≦0.8(j+k=1)であることが好ましい。さらに、金属部分と絶縁部分との割合を確定するYは、0.15≦Y≦0.55(全て原子比率)であることが好ましい。これらによって、本発明の目的を効率よく実現することができる。 Further, h and i, which determine the ratio of the metal (magnetic) portion constituting the nanogranular films forming the magnetic anisotropic films 11 and 31, are 0.5≤h≤1.0 and 0≤i≤0.5. (h+i=1) is preferred. Similarly, j and k that determine the ratio of the metal L2 and F (fluorine) in the insulating portion constituting this nanogranular film are 0.2≤j≤0.4, 0.6≤k≤0.8 ( Preferably j+k=1). Furthermore, Y, which determines the ratio between the metal portion and the insulating portion, preferably satisfies 0.15≦Y≦0.55 (all atomic ratios). These can efficiently achieve the object of the present invention.

なお、磁気異方性膜12,32の厚さは特に限定されるものではないが、ナノグラニュラー膜から成る場合には、100nm以下であることが、高い透磁率の物性を得るためには好ましい。インダクタの磁気回路においてパーミアンスを大きくするために、また、磁性異方膜の総断面積を大きくすることが必要な場合には、上述したように、第1及び第2磁気ユニット10,30を多段にしてもよい。 Although the thickness of the magnetic anisotropic films 12 and 32 is not particularly limited, it is preferably 100 nm or less in the case of nanogranular films in order to obtain physical properties of high magnetic permeability. In order to increase the permeance in the magnetic circuit of the inductor, or when it is necessary to increase the total cross-sectional area of the magnetic anisotropic film, the first and second magnetic units 10 and 30 are arranged in multiple stages as described above. can be

また、第1磁気ユニット10の磁気異方性膜11,12若しくは第2磁気ユニット30の磁気異方性膜31,32において、ナノグラニュラー膜は単層膜でもよいが、L1cFd若しくはL2jFkなる組成を有する薄い絶縁膜との周期的多層構造を形成してもよい。この周期的多層構造においては、ナノグラニュラー膜の面内一軸異方性の磁化容易方向は、全て同じ方向に向けられる。その周期は特に限定されず、例えば2~400周期とすることができる。なお、本実施形態では、5周期としている。 In the magnetic anisotropic films 11 and 12 of the first magnetic unit 10 or the magnetic anisotropic films 31 and 32 of the second magnetic unit 30, the nanogranular film may be a single layer film, but has a composition of L1cFd or L2jFk. A periodic multilayer structure with a thin insulating film may be formed. In this periodic multilayer structure, the directions of easy magnetization of the in-plane uniaxial anisotropy of the nanogranular films are all oriented in the same direction. The cycle is not particularly limited, and can be, for example, 2 to 400 cycles. In addition, in this embodiment, it is set as 5 cycles.

また、各磁気異方性膜11,12,31,32の周期的多層構造を実現するために、ナノグラニュラー膜を仕切るための薄い絶縁膜の成分組成としては、CaF2、MgF2、BaF2、AlF3、及びGdF3などを挙げることができる。 In addition, in order to realize the periodic multilayer structure of each of the magnetic anisotropic films 11, 12 , 31 and 32, the composition of the thin insulating film for partitioning the nanogranular films includes CaF2 , MgF2 , BaF2, AlF 3 , GdF 3 and the like can be mentioned.

また、上述した記載から明らかなように、各磁気異方性膜11,12,31,32を構成するナノグラニュラー膜の成分組成は同一であることが好ましい。この場合、以下に示す製造方法において、例えば同一のターゲット等を用いることができるので、強磁性薄膜積層体の面内方向における透磁率も簡易に等方性にすることができ、面内方向において等方性な磁気特性を簡易に得ることができる。 Moreover, as is clear from the above description, it is preferable that the nanogranular films constituting the magnetic anisotropic films 11, 12, 31, and 32 have the same component composition. In this case, for example, the same target can be used in the manufacturing method described below. Isotropic magnetic properties can be easily obtained.

一方の磁気異方性膜11,31の磁化方向と他方の磁気異方性膜12,32の磁化方向は直交していることが好ましい。これにより、一方の磁気異方性膜11,31の膜面内磁化容易方向に生じ得る漏れ磁束が他方の磁気異方性膜12,32によって外部に漏洩することが抑制されるので、Q値の向上を図ることが可能となる。一方の磁気異方性膜11,31の磁化方向と他方の磁気異方性膜12,32の磁化方向は、直交していなくともよいが、平行でないことが好ましい。 The magnetization direction of one magnetic anisotropic film 11, 31 and the magnetization direction of the other magnetic anisotropic film 12, 32 are preferably perpendicular to each other. As a result, leakage magnetic flux that may occur in the in-plane easy magnetization direction of one of the magnetic anisotropic films 11 and 31 is suppressed by the other magnetic anisotropic film 12 and 32 from leaking to the outside. can be improved. The magnetization directions of the magnetic anisotropic films 11 and 31 on one side and the magnetization directions of the magnetic anisotropic films 12 and 32 on the other side need not be orthogonal, but are preferably not parallel.

絶縁層13,33は、第1磁気ユニット10の磁気異方性膜11,12の膜間、及び第1磁気ユニット10の磁気異方性膜31,32との膜間にそれぞれ位置しており、一方の磁気異方性膜11,31と他方の磁気異方性膜12,32との磁気的結合を分断している。 The insulating layers 13 and 33 are located between the magnetic anisotropic films 11 and 12 of the first magnetic unit 10 and between the magnetic anisotropic films 31 and 32 of the first magnetic unit 10, respectively. , separates the magnetic coupling between the magnetic anisotropic films 11 and 31 on one side and the magnetic anisotropic films 12 and 32 on the other side.

絶縁層13,33の厚さは、磁気異方性膜11,12,31,32の厚さに応じて、例えば50~5000nmであることが好ましく、100~1000nmであることがさらに好ましい。 The thickness of the insulating layers 13 and 33 is preferably, for example, 50 to 5000 nm, more preferably 100 to 1000 nm, depending on the thickness of the magnetic anisotropic films 11, 12, 31 and 32.

なお、上述したように、第1及び第2磁気ユニッ10,30を多段構成とする場合、上下で隣り合う磁気異方性膜11,12,31,32が磁気結合しないように、これらの間に、絶縁層13,33と同等の厚さを有する絶縁層を設ける必要がある。 As described above, when the first and second magnetic units 10 and 30 are configured in multiple stages, the magnetic anisotropic films 11, 12, 31 and 32 which are vertically adjacent to each other should not be magnetically coupled. An insulating layer having a thickness equivalent to that of the insulating layers 13 and 33 must be provided.

また、絶縁層13,33は、一方の磁気異方性膜11,31と他方の磁気異方性膜12,32とをそれぞれ磁気的に分断すれば如何なる非強磁性絶縁成分組成であってもよいが、それぞれの第1又は第2磁気ユニット10,30の上方に位置する磁気異方性膜12,32の下地膜としても機能するので、これら磁気異方性膜12,32の絶縁部分と同じ成分組成を有することが好ましい。 Further, the insulating layers 13 and 33 can have any non-ferromagnetic insulating component composition as long as the magnetic anisotropic films 11 and 31 on one side and the magnetic anisotropic films 12 and 32 on the other side are magnetically separated from each other. However, since it also functions as a base film for the magnetic anisotropic films 12 and 32 located above the respective first and second magnetic units 10 and 30, the insulating portions of these magnetic anisotropic films 12 and 32 and It is preferred to have the same component composition.

インダクタ100は、基板40上に第1磁気ユニット10と、磁性複合材料コイル間充填体20と、第2磁気ユニット30とを、この順に積層して形成されている。第1磁気ユニット10と第2磁気ユニット30とは、それぞれ下地膜50の上に形成されている。 The inductor 100 is formed by laminating a first magnetic unit 10, a magnetic composite material inter-coil filler 20, and a second magnetic unit 30 on a substrate 40 in this order. The first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 are each formed on the underlying film 50 .

磁性複合材料コイル間充填体20のコイル21と、第1磁気ユニット10及び第2磁気ユニット30とは電気的に導通しないようにする必要がある。このため、磁性複合材料コイル間充填体20と第1磁気ユニット10との間(磁性複合材料コイル間充填体20と磁気異方性膜12との間)に絶縁膜51を設け、磁性複合材料コイル間充填体20と第2磁気ユニット30との間(磁性複合材料コイル間充填体20と下地膜50との間)に必要に応じて絶縁層を設ければよい。 It is necessary to prevent electrical continuity between the coil 21 of the magnetic composite inter-coil filler 20 and the first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 . For this reason, an insulating film 51 is provided between the magnetic composite material inter-coil filler 20 and the first magnetic unit 10 (between the magnetic composite material inter-coil filler 20 and the magnetic anisotropic film 12). If necessary, an insulating layer may be provided between the inter-coil filler 20 and the second magnetic unit 30 (between the magnetic composite inter-coil filler 20 and the base film 50).

なお、基板40の大きさは磁気ユニット10,30と同じ大きさであっても、磁気ユニット10,30よりも大きくてもよい。さらに、大きな基板40の上に、第1磁気ユニット10、磁性複合材料コイル間充填体20、第2磁気ユニット30からなるインダクタ100を複数組形成して、基板40を切断することにより、複数個のインダクタ100を形成してもよい。 The substrate 40 may have the same size as the magnetic units 10 and 30 or may be larger than the magnetic units 10 and 30 . Further, a plurality of sets of inductors 100 each including a first magnetic unit 10, a magnetic composite material inter-coil filler 20, and a second magnetic unit 30 are formed on a large substrate 40, and the substrate 40 is cut to obtain a plurality of inductors. of inductor 100 may be formed.

基板40は、例えば、セラミック(ガラス、マグネシア、ジルコニア、サファイア等)、シリコン基板等、汎用のものから構成することができる。また、基板40の代わりに、適宜な支持体を用いてもよい。さらに、ポリイミド等の樹脂などからなるデバイスを基板40の代わりに用いてもよい。 The substrate 40 can be composed of general-purpose substrates such as ceramics (glass, magnesia, zirconia, sapphire, etc.), silicon substrates, and the like. Also, instead of the substrate 40, an appropriate support may be used. Furthermore, a device made of resin such as polyimide may be used instead of the substrate 40 .

また、下地膜50は、第1及び第2磁気ユニット10,30の一方の磁気異方性膜11,31を構成するナノグラニュラー膜の下地膜でもあるので、好ましくはこのナノグラニュラー膜の磁性部分あるいは絶縁部分と同様の成分組成を有することが好ましい。ただし、このナノグラニュラー膜の磁性部分と同様の成分組成とする場合、例えば、その金属(磁性)部分の割合が多いと、下地膜50が強磁性を有することになり、ナノグラニュラー膜に対して下地膜としての効果以外に磁気的な影響を与えることになる。したがって、この場合は、金属(磁性)部分の割合を減少させて、下地膜50が強磁性を帯びないようにすることが好ましい。 In addition, since the underlayer 50 is also the underlayer of the nanogranular film that constitutes the magnetic anisotropic films 11 and 31 of one of the first and second magnetic units 10 and 30, it is preferable that the magnetic portion or the insulating layer of this nanogranular film is used. It is preferred to have the same component composition as the part. However, if the component composition is the same as that of the magnetic portion of the nanogranular film, for example, if the ratio of the metal (magnetic) portion is large, the underlayer 50 will have ferromagnetism, and the underlayer will have ferromagnetism. It will have a magnetic effect in addition to the effect as Therefore, in this case, it is preferable to reduce the proportion of the metal (magnetic) portion so that the underlayer 50 does not become ferromagnetic.

具体的には、下地膜50は、(M5pM6q)1-Z(L3rFs)Z(M5:Fe,Co,及びNiからなる群より選ばれる少なくとも一種、M6:Pd及びPtの少なくとも一種、L3:Li,Mg,Al,Ca,Sr,Ba,Gd及びYからなる群より選ばれる少なくとも一種)なる組成を有するナノグラニュラー膜であることが好ましい。このとき、0.5≦p≦1.0、0≦q≦0.5(p+q=1)であり、0.2≦r≦0.4、0.6≦s≦0.8(r+s=1)であり、0.55≦Z≦1.00である。なお、Z=1.00の場合、下地膜50はL3rFs単層となる。そして、下地膜50の厚さは、0nmを超え500nm以下であることが好ましく、さらには10nm~100nmであることが好ましい。 Specifically, the base film 50 includes (M5pM6q)1-Z(L3rFs)Z(M5: at least one selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni, M6: at least one selected from Pd and Pt, L3: Li , Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd and Y). At this time, 0.5 ≤ p ≤ 1.0, 0 ≤ q ≤ 0.5 (p + q = 1), 0.2 ≤ r ≤ 0.4, 0.6 ≤ s ≤ 0.8 ( r+s=1) and 0.55≦Z≦1.00. When Z=1.00, the base film 50 is a single layer of L3rFs. The thickness of the base film 50 is preferably more than 0 nm and 500 nm or less, more preferably 10 nm to 100 nm.

下地膜50は電気的絶縁性を備えるので、第2磁気ユニット30の下地膜50は、上述したコイル12と第2磁気ユニット30との導通を阻止する絶縁膜として利用することができる。また、第1磁気ユニット10については、磁気異方性膜12の上面に下地膜50と同一組成のナノグラニュラー膜からなる絶縁膜51を設け、コイル12と第1磁気ユニット10との導通を阻止している。 Since the base film 50 has electrical insulation properties, the base film 50 of the second magnetic unit 30 can be used as an insulating film that prevents conduction between the coil 12 and the second magnetic unit 30 described above. As for the first magnetic unit 10, an insulating film 51 made of a nano-granular film having the same composition as the base film 50 is provided on the upper surface of the magnetic anisotropic film 12 to prevent conduction between the coil 12 and the first magnetic unit 10. ing.

以上で説明したように、インダクタ100によれば、第1及び第2磁気ユニット10,30のナノグラニュラー膜は、上記特許文献2などに開示されている磁性膜と絶縁層との積層体と比較して、100MHz~数百MHzの高周波数帯域において、高比抵抗であり、コイル21から生じる磁束が外部に漏洩することを抑制する。これにより、漏れ電流の発生による損失の抑制を図ることができ、上記特許文献1,2などに記載されている技術と比較して、100MHz~数百MHzの周波数帯域において、大きなQ値を有するインダクタを得ることが可能となる。 As described above, according to the inductor 100, the nano-granular films of the first and second magnetic units 10 and 30 are compared with the laminated body of the magnetic film and the insulating layer disclosed in Patent Document 2 and the like. It has a high specific resistance in a high frequency band of 100 MHz to several hundred MHz, and suppresses leakage of the magnetic flux generated from the coil 21 to the outside. As a result, it is possible to suppress the loss due to the occurrence of leakage current, and compared to the techniques described in Patent Documents 1 and 2, it has a large Q value in the frequency band of 100 MHz to several hundred MHz. It becomes possible to obtain an inductor.

以下、本発明の実施形態に係るインダクタ100の一例に関して、三次元有限要素法を用いた電磁界解析ソフトウェア(アンソフト・ジャパン 株式会社製の「HFSS」)を利用して解析した。 Hereinafter, an example of the inductor 100 according to the embodiment of the present invention was analyzed using electromagnetic field analysis software (“HFSS” manufactured by Ansoft Japan Co., Ltd.) using the three-dimensional finite element method.

第1磁気ユニット10及び第2磁気ユニット30は、直径800μm、厚さ10μmの円盤状であると仮定した。磁性複合材料コイル間充填体20は、一辺1.0mm、厚さ50μmの正方形状盤であると仮定した。コイル21は、2ターンであり、線幅が30μm、線間が100μmの銅線であると仮定した。磁性複合材料コイル間充填体20は、カルボニル鉄粉とエポキシ樹脂とを1 : 1 の体積比となるように10.3体積%のHClを溶剤として複合磁性体22がコイル21の間とコイル21の外側領域に平坦状に充填した後、大気中において、電気炉で240℃ で6時間加熱し、磁性複合材料に含まれている溶媒を除去し、エポキシ樹脂を完全硬化させることにより形成されるものである。 The first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 were assumed to be disk-shaped with a diameter of 800 μm and a thickness of 10 μm. The magnetic composite inter-coil filler 20 was assumed to be a square disk with a side of 1.0 mm and a thickness of 50 μm. It was assumed that the coil 21 had two turns and was a copper wire with a line width of 30 μm and a line spacing of 100 μm. The magnetic composite inter-coil filler 20 is composed of the carbonyl iron powder and the epoxy resin in a volume ratio of 1:1 using 10.3% by volume of HCl as a solvent so that the composite magnetic material 22 is placed between the coils 21 and between the coils 21 . After flatly filling the outer region of the magnetic composite material, it is heated in an electric furnace at 240 ° C for 6 hours in the atmosphere to remove the solvent contained in the magnetic composite material and completely harden the epoxy resin. It is.

磁気異方性膜11,12,31,32がCo35Fe65PdCaFのナノグラニュー膜からなると仮定して、第1磁気ユニット10及び第2磁気ユニット30の複素比透磁率及び損失係数の周波数特性は、それぞれ図3及び図4に示す実測結果を用いた。 Assuming that the magnetic anisotropic films 11, 12, 31, and 32 are made of Co35Fe65PdCaF nanogranulated films, the frequency characteristics of the complex relative permeability and the loss factor of the first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 are shown in FIG. 3 and the actual measurement results shown in FIG. 4 were used.

そして、実施例1における第1磁気ユニット10及び第2磁気ユニット30は存在せず、磁性複合材料コイル間充填体20のみからなるインダクタを比較例1とした。また、実施例1における第1磁気ユニット10及び第2磁気ユニット30は存在せず、さらに磁性複合材料体22が占める部分が空間からなる空心インダクタを比較例2とした。そして、これら比較例1,2に関しても実施例と同様に解析した。なお、比較例1は上記特許文献1に記載された技術に相当するものである。 The first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 in the first example are not present, and an inductor composed only of the magnetic composite material inter-coil filler 20 is taken as a first comparative example. Comparative Example 2 is an air-core inductor in which the first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 in Example 1 are not present, and the portion occupied by the magnetic composite material body 22 is a space. These comparative examples 1 and 2 were also analyzed in the same manner as the example. Comparative Example 1 corresponds to the technology described in Patent Document 1 above.

図5に示すように、実施例のインダクタンスLは、周波数fが100MHz~1000MHzの全域に亘って、比較例1の約1.3倍、比較例2の約1.5倍大きくなることが分かった。これは、第1磁気ユニット10及び第2磁気ユニット30を追加した効果であると考えられる。 As shown in FIG. 5, the inductance L of the example is about 1.3 times greater than that of Comparative Example 1 and about 1.5 times greater than that of Comparative Example 2 over the entire range of frequency f from 100 MHz to 1000 MHz. rice field. This is considered to be the effect of adding the first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 .

また、図6に示すように、実施例の等価直列抵抗Rsは、周波数fが約200MHz以上では各磁性材料の鉄損が影響して比較例1,2よりも高くなるが、周波数fが約200MHz以下では,近接効果が低減し銅損が低減する影響によって比較例1,2よりも低くなる。 Further, as shown in FIG. 6, the equivalent series resistance Rs of the example becomes higher than that of the comparative examples 1 and 2 due to the influence of the iron loss of each magnetic material when the frequency f is about 200 MHz or higher. At 200 MHz or less, it is lower than in Comparative Examples 1 and 2 due to the reduced proximity effect and reduced copper loss.

そして、図7に示すように、実施例のQ値は、周波数fが約300MHz以下では比較例1,2よりも大きくなり、周波数fが約200MHzでは、比較例1の約1.3倍、比較例2の約1.5倍大きくなることが分かった。また、周波数fが約100MHzでは、実施例のQ値は、比較例1の約1.5倍、比較例2の約1.8倍大きくなることが分かった。 As shown in FIG. 7, the Q value of the example is larger than that of Comparative Examples 1 and 2 when the frequency f is about 300 MHz or less, and when the frequency f is about 200 MHz, it is about 1.3 times that of Comparative Example 1. It was found to be approximately 1.5 times larger than in Comparative Example 2. It was also found that the Q value of the example is about 1.5 times that of Comparative Example 1 and about 1.8 times that of Comparative Example 2 when the frequency f is about 100 MHz.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the invention have been described above, these embodiments are provided by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

10…第1磁気ユニット、 11…一方の磁気異方性膜(膜面内一軸磁気異方性膜)、 12…他方の磁気異方性膜(膜面内一軸磁気異方性膜)、 13…絶縁層、 20…磁性複合材料コイル間充填体、 21…コイル、 22…磁性複合材料体、 30…第2磁気ユニット、 31…一方の磁気異方性膜(膜面内一軸磁気異方性膜)、 32…他方の磁気異方性膜(膜面内一軸磁気異方性膜)、 33…絶縁層、 40…基板、 50…下地膜、 51…絶縁膜、 100…インダクタ。 10 First magnetic unit 11 One magnetic anisotropic film (in-plane uniaxial magnetic anisotropic film) 12 The other magnetic anisotropic film (in-plane uniaxial magnetic anisotropic film) 13 Insulating layer 20 Filler between magnetic composite material coils 21 Coil 22 Magnetic composite material body 30 Second magnetic unit 31 One magnetic anisotropic film (in-plane uniaxial magnetic anisotropy film), 32... The other magnetic anisotropic film (in-plane uniaxial magnetic anisotropic film), 33... Insulating layer, 40... Substrate, 50... Base film, 51... Insulating film, 100... Inductor.

Claims (5)

第1磁気ユニット、磁性微粒子と絶縁材料とを複合してなる磁性複合材料がコイルの線間に充填された磁性複合材料コイル間充填体、及び第2磁気ユニットがこの順に積層された平面型のスパイラルインダクタであって、
前記第1磁気ユニット及び前記第2磁気ユニットはそれぞれ、互いに磁化容易方向が相違する2層の膜面内一軸磁気異方性膜を絶縁層を挟んで積層してなり、膜面内において磁気等方性であることを特徴とする、インダクタ。
A planar type in which a first magnetic unit, a magnetic composite material inter-coil filling body in which a magnetic composite material composed of a composite of magnetic fine particles and an insulating material is filled between coil wires, and a second magnetic unit are laminated in this order. A spiral inductor,
Each of the first magnetic unit and the second magnetic unit is formed by stacking two layers of in-plane uniaxial magnetic anisotropic films having different easy magnetization directions with an insulating layer interposed therebetween. An inductor characterized by being tropic.
前記2層の膜面内一軸磁気異方性膜は、それぞれナノグラニュラー膜であることを特徴とする、請求項1に記載のインダクタ。 2. The inductor according to claim 1, wherein each of said two layers of in-plane uniaxial magnetic anisotropic films is a nanogranular film. 前記2層の膜面内一軸磁気異方性膜のうち一方の膜面内一軸磁気異方性膜の磁化容易方向と前記2層の膜面内一軸磁気異方性膜のうち他方の膜面内一軸磁気異方性膜の磁化容易方向とは直交することを特徴とする、請求項1または2に記載のインダクタ。 The direction of easy magnetization of one of the two layers of in-plane uniaxial magnetic anisotropic films and the surface of the other of the two layers of in-plane uniaxial magnetic anisotropy films 3. The inductor according to claim 1, wherein the direction of easy magnetization of the inner uniaxial magnetic anisotropic film is orthogonal. 前記一方の膜面内一軸磁気異方性膜は、(M1aM2b)1-X(L1cFd)X(M1:Fe,Co,及びNiからなる群より選ばれる少なくとも一種、M2:Pd及びPtの少なくとも一種、L1:Li,Mg,Al,Ca,Sr,Ba,Gd及びYからなる群より選ばれる少なくとも一種、0.5≦a≦1.0、0≦b≦0.5(a+b=1)、0.2≦c≦0.4、0.6≦d≦0.8(c+d=1)、0.15≦X≦0.55(全て原子比率))なる組成を有するナノグラニュラー膜であり、
前記他方の膜面内一軸磁気異方性膜は、(M3hM4i)1-Y(L2jFk)Y(M3:Fe,Co,及びNiからなる群より選ばれる少なくとも一種、M4:Pd及びPtの少なくとも一種、L2:Li,Mg,Al,Ca,Sr,Ba,Gd及びYからなる群より選ばれる少なくとも一種、0.5≦h≦1.0、0≦i≦0.5(h+i=1)、0.2≦j≦0.4、0.6≦k≦0.8(j+k=1)、0.15≦Y≦0.55(全て原子比率))なる組成を有するナノグラニュラー膜であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載のインダクタ。
The one in-plane uniaxial magnetic anisotropic film is (M1aM2b)1-X(L1cFd)X(M1: at least one selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni; M2: at least one selected from Pd and Pt. , L1: at least one selected from the group consisting of Li, Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd and Y; ), 0.2 ≤ c ≤ 0.4, 0.6 ≤ d ≤ 0.8 (c + d = 1), 0.15 ≤ X ≤ 0.55 (all atomic ratios). and
The other in-plane uniaxial magnetic anisotropic film is (M3hM4i)1-Y(L2jFk)Y(M3: at least one selected from the group consisting of Fe, Co, and Ni; M4: at least one selected from Pd and Pt. , L2: at least one selected from the group consisting of Li, Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd and Y; ), 0.2≦j≦0.4, 0.6≦k≦0.8 (j+k=1), 0.15≦Y≦0.55 (all atomic ratios)). The inductor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
10MHz~10Gzの周波数帯域で使用されることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載のインダクタ。 The inductor according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is used in a frequency band of 10MHz to 10Gz.
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