JP4410838B1 - フェライト付着体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】フェライトメッキ法に基づいたフェライト膜付着体の製造方法であって均質なフェライト膜を有するフェライト膜付着体の製造方法を提供すること。
【解決手段】基体３とその基体３に付着したフェライト膜とを備えるフェライト付着体を製造する製造方法を提供する。この製造方法は、基体３の裏側に１００μｍ以上のスペースを空けた状態で基体３を支持し、少なくとも第１鉄イオンを含む反応液と少なくとも酸化剤を含む酸化液とを反応液ノズル１及び酸化液ノズル２から基体３の表側に供給し、反応液と前記酸化液に対して重力以外に起因する２〜１５０ｍ／ｓ２の加速度を加える。
【選択図】図１
【解決手段】基体３とその基体３に付着したフェライト膜とを備えるフェライト付着体を製造する製造方法を提供する。この製造方法は、基体３の裏側に１００μｍ以上のスペースを空けた状態で基体３を支持し、少なくとも第１鉄イオンを含む反応液と少なくとも酸化剤を含む酸化液とを反応液ノズル１及び酸化液ノズル２から基体３の表側に供給し、反応液と前記酸化液に対して重力以外に起因する２〜１５０ｍ／ｓ２の加速度を加える。
【選択図】図１
Description
本発明は、基体にフェライト膜、特にスピネル型フェライト膜を付着してなるフェライト付着体と、フェライト付着体の製造方法に関する。
フェライトメッキ法は、良質のフェライト膜を提供するものであり、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１のフェライトメッキ法は：少なくとも第１鉄イオンを含む特定水溶液を用意するステップと；基体の表面を特定水溶液に接触させて、Ｆｅ２＋イオン又はＦｅ２＋イオンと他の水酸化金属イオンとを基体の表面に吸着させるステップと；吸着したＦｅ２＋イオンを酸化させることによりＦｅ３＋イオンを得て、Ｆｅ３＋イオンと特定水溶液中の水酸化金属イオンとでフェライト結晶化反応を起こさせて、基体の表面にフェライト膜を形成するステップ；とを備えている。
このフェライトメッキ法によれば、基体が水溶液に対して耐性を有している限り、あらゆる基体を用いることができる。また、フェライトメッキ法は水溶液を介した反応に基づいているため、比較的低温（常温〜水溶液の沸点以下）でスピネル型のフェライト膜を生成することができる。従って、フェライトメッキ法は、他のフェライト膜形成技術と比較して、基体に対する限定が少ないという点で優れている。
フェライトメッキ法に関連する文献としては、特許文献２〜特許文献４がある。特許文献２は、形成されたフェライト膜の均質化及びフェライト膜の形成工程における反応速度の向上を図る技術を開示している。特許文献３は、基体表面に界面活性を付与して様々な基体に対してフェライト膜を形成しようとする技術を開示している。特許文献４は、フェライト膜の形成速度の向上に関する技術を開示している。
特許第１４７５８９１号（特公昭６３−１５９９０号）公報
特許第１８６８７３０号（特公平５−５８２５２号）公報
特開昭６１−０３０６７４号公報
特開平０２−１６６３１１号公報
上述したフェライトメッキ法において、フェライト膜は基体表面を基点とした結晶成長によって形成される。そのため、適切に形成されたフェライト膜は、基体表面の法線方向と略平行な方向に長軸を沿わせるようにして設けられた柱状結晶の集合体となる。
しかしながら、フェライト膜の形成時に残分の水溶液などを基体からしっかりと除去しないと液だまりが発生する。この液だまりが生じると、均質な柱状結晶の集合体としてのフェライト膜を得ることは困難となる。特に、半導体装置用のリードフレームなどのような三次元形状の基体の場合、液だまりが生じやすく、従って、均質なフェライト膜を得ることは困難である。
そこで、本発明は、フェライトメッキ法に基づいたフェライト膜付着体の製造方法であって均質なフェライト膜を有するフェライト膜付着体の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記フェライト膜付着体の製造方法によって製造されたフェライト膜付着体を提供することを目的とする。
本発明の一の側面は、基体と該基体に付着したフェライト膜とを備えるフェライト付着体を製造する製造方法を提供する。この製造方法は、前記基体の裏側に１００μｍ以上のスペースを空けた状態で前記基体を支持し、少なくとも第１鉄イオンを含む反応液と少なくとも酸化剤を含む酸化液とを前記基体の表側に供給し、前記反応液と前記酸化液に対して重力以外に起因する２〜１５０ｍ／ｓ２の加速度を加える工程を備えている。
本発明の他の側面は、三次元形状の基体と該基体に付着したフェライト膜とを備えるフェライト付着体であって、前記フェライト膜の平均膜厚ｘと膜厚の標準偏差σの比σ／ｘが１以下であるフェライト付着体を提供する。
基体を台などから１００μｍ以上離し且つ基体に供給される反応液と酸化液とに重力以外に起因する２〜１５０ｍ／ｓ２の加速度を加えた状態でフェライト膜の柱状結晶を成長させることとしたため、液だまりの発生を防止することができ、均質なフェライト膜を得ることができる。
本発明の実施の形態による基体とその基体に付着したフェライト膜とを備える付着体の製造方法は、図１に示されるような成膜装置を用いる。
図示された成膜装置は、基体３に対してフェライト膜を形成するための装置であり、反応液ノズル１と、酸化液ノズル２と、支持部材４と、台（回転テーブル）５とを備えている。回転テーブル５は、その軸の周りに回転可能なテーブルである。支持部材４は、回転テーブル５の上に設置されており、基体３の裏側と回転テーブル５との間に１００μｍ以上のスペースを空けた状態で基体３を支持するためのものである。この支持部材４は、基体３を支持した状態で、回転テーブル５の回転に伴って移動する。即ち、基体３は、回転テーブル５の回転に伴って移動する。反応液ノズル１は、少なくとも第１鉄イオンを含む反応液を回転テーブル５側に向けて供給するためのものであり、回転テーブル５の上方に固定されている。酸化液ノズル２は、少なくとも酸化剤を含む酸化液を回転テーブル５側に向けて供給するためのものであり、回転テーブル５の上方に固定されている。図示された成膜装置において、反応液ノズル１は、静止状態にある回転テーブル５の一方のハーフ領域上に位置しており、酸化液ノズル２は、静止状態にある回転テーブル５の他方のハーフ領域状に位置している。なお、図示された成膜装置において、反応液ノズル１及び酸化液ノズル２は、夫々、回転テーブル５に対して直交する方向を中心に噴霧するものである。即ち、反応液ノズル１及び酸化液ノズル２から噴霧される反応液及び酸化液の噴霧方向の中心線は、基体３の表面と直交する方向に沿っている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、基体３並びに／又は反応液ノズル１及び酸化液ノズル２を傾けることにより、基体３の表面と斜交する方向に反応液及び酸化液を噴霧することとしても良い。
基体３を支持部材４に支持させた状態で、反応液ノズル１から反応液を供給し且つ酸化液ノズル２から酸化液を供給しつつ回転テーブル５を回転させると、基体３には反応液と酸化液とが交互に供給されることとなる。その結果、基体３はフェライトメッキされる。即ち、基体３上にはフェライトメッキ法ベースのフェライト膜が形成される。
本実施の形態における回転テーブル５の回転スピードは、基体３上に供給された反応液と酸化液とが遠心力に起因する２〜１５０ｍ／ｓ２の加速度を受けるように設定される。これにより、余分な反応液と酸化液は好ましくない「液だまり」を形成することなく基体３の表側から裏側などに移動する。特に、基体３が狭い隙間を有していたとしても、本実施の形態においては、余分な反応液と酸化液は、好ましくない「液だまり」を形成することなく、スムーズに流れる。このように、本実施の形態によれば、理想的な状態下でフェライトメッキ法を具現化することができることから、均質なフェライト膜を得ることができる。また、余分な反応液と酸化液とが基体３の裏側にも回り込むため、反応液と酸化液が直接供給された基体３の表側以外の場所にもフェライト膜を形成することができる。
上述した実施の形態において、反応液と酸化液に加えられる加速度は回転テーブル５の回転に伴った遠心力に起因するものであった。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。反応液と酸化液に加えられる加速度は、意図的に加えられた加速度（即ち、重力以外の加速度）であり、且つ、２〜１５０ｍ／ｓ２の大きさを有していればよい。例えば、他の加速度を加える手段としては、基体３に振動を加えることなどがある。
本実施の形態において、反応液と酸化液の基体３への供給と加速度を加えることとは、実質的に同時に行われる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。余分な反応液と酸化液を除去できるのであれば、反応液と酸化液の供給直後に加速度を加えることとしても良いし、反応液の供給、加速度の供給、酸化液の供給、加速度の供給といったサイクルを繰り返し実行することとしても良い。
余分な反応液と酸化液の流れをよりスムーズなものとし、液だまりの形成防止を確実なものとするには、基体３の形状及び大きさに以下のような限定を加えることが好ましい。例えば、単一の導体のように基体３が棒状の部位を有している場合、その棒状の部位の最大幅及び最大高さの双方とも５ｍｍ以下であることが好ましい。また、例えば、図２に示される櫛歯状の配線パターンのように基体３が隙間を空けて設けられた複数の棒状の部位を有している場合には、各棒状の部位の最大幅Ｗ及び最大高さＨの双方とも５ｍｍ以下であり、且つ、隙間Ｓが１００μｍ以上であることが好ましい。
更に、上述したようにして基体３の表側に対してフェライト膜を直接形成した後、基体３を裏返し、基体の裏側３に対して同手法によりフェライト膜を直接形成することとしても良い。例えば、図３に示されるように、基体３の上面に反応液と酸化液とを供給しつつ適切な加速度を加えることで均質なフェライト膜（フェライトメッキ）６を形成し、その後、基体３を裏返して、基体３の下面に反応液と酸化液とを供給しつつ適切な加速度を加えることで均質なフェライト膜（フェライトメッキ）を形成することとしても良い。
本実施の形態により形成されたフェライト膜（フェライトメッキ）は、長軸及び短軸を有する複数の柱状結晶を理想的に配列してなるものである。詳しくは、複数の柱状結晶は、長軸が基体３の表面の法線方向（即ち、フェライト膜の膜厚方向）に沿うようにして配列され、且つ、互いに磁気的に結合されている。特に、上面と側面のように隣接する二つの面に形成されたフェライト膜同士も互いに磁気的に結合している。また、柱状結晶の長軸ａは０．１〜１０μｍであり、短軸ｂは０．０１〜１μｍである。更に、フェライト膜の平均膜厚ｘと膜厚の標準偏差σの比σ／ｘは１以下である。
フェライト付着体の特性評価のため、以下の表に示すような様々な条件の下でフェライト付着体を形成した。ここで、実施例１〜４は夫々本実施の形態による条件下で製造されたフェライト付着体であり、比較例１〜５は夫々本実施の形態による条件ではない条件下で製造されたフェライト付着体である。
フェライト付着体の製造には、図１に示される前述の成膜装置を用いた。基体３は、銅合金からなるものであり、図３に示されるような構造とした。ここで、基体３の棒状の部位の長さＬは３０ｍｍとした。実施例１〜４及び比較例１〜５の夫々用の基体３の棒状の部位の高さＨ及び幅Ｗ並びに棒状の部位間の隙間（線間距離）Ｓは、表に示した通りである。
前処理として、この基体３を支持部材４の上に設置し、回転テーブル５を回転させた状態で、脱酸素イオン交換水を供給しつつ９０℃まで加熱した。次に、成膜装置内に窒素ガスを導入し、脱酸素雰囲気を形成した。
その後、反応液を反応液ノズル１から基体３上に供給するステップと、酸化液を酸化液ノズル２から基体３に供給するステップとを回転テーブル５を回転させた状態で行った。即ち、反応液を供給するステップと、酸化液を供給するステップとを交互に且つ繰り返し行った。反応液と酸化液の供給の際の流量は、いずれも４０ｍｌ／ｍｉｎとした。ここで、反応液は、ＦｅＣｌ２−４Ｈ２Ｏ、ＮｉＣｌ２−６Ｈ２Ｏ、ＺｎＣｌ２を脱酸素イオン交換水中に溶かして形成した。一方、酸化液は、ＮａＮｏ２とＣＨ３ＣＯＯＮＨ４を脱酸素イオン交換水中に溶かして形成した。反応液及び酸化液は、例えば、ＵＳ２００９−００４７５０７Ａ１やＵＳ２００７−０２３１６１４Ａ１などを参照して形成しても良い。
反応液及び酸化液を基体３に供給する際には、回転テーブル５を表に記載された回転数で回転させ、反応液及び酸化液に対して同表に記載された加速度を加えた。なお、実施例２においては、図３に示すようにして、基体３の上面にフェライト膜６を形成した後、基体３を裏返し、下面にもフェライト膜６を形成した。この際、基体３と回転テーブル５との間には、２００μｍの空間を設けた。
上記の工程の結果として、黒色のフェライト膜６が基体３上に形成された。このようにして形成されたフェライト付着体について、様々な解析を行った。具体的には、フェライト膜の化学組成は、誘電結合プラズマ発光分光（ＩＣＰＳ）法により評価した。膜厚の測定のような構造解析には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用した。各フェライト膜の透磁率は、シールディドループコイル法に基づいた透磁率計を用いて測定した。ＩＣＰＳ法による評価の結果、いずれのフェライト付着体におけるフェライト膜の平均的な組成もＮｉ０．２Ｚｎ０．３Ｆｅ２．５Ｏ４であった。その他の解析結果は、前述の表に示される。
表の内容から明らかなように、実施例１〜４のフェライト付着体におけるフェライト膜は、長軸及び短軸を有する複数の柱状結晶を磁気結合してなるものであり、各柱状結晶の長軸はフェライト膜の膜厚方向（即ち、基体３の表面の法線方向）に沿っている。柱状結晶の長軸ａの長さが０．１〜１０μｍの範囲にあり、短軸ｂの長さが０．０１〜１μｍであり、更に、フェライト膜の平均膜厚ｘと膜厚の標準偏差σの比σ／ｘは１以下である。このため、フェライト膜の透磁率の実数部μ′の平均値は１０以上となっている。これに対して、比較例１〜５のフェライト付着体においては、フェライト膜の透磁率の実数部μ′の平均値は１０より小さい。このように、本実施の形態によれば、優れた磁気特性を有するフェライト膜を有するフェライト付着体を得ることができる。
本発明によるフェライト付着体は、インダクタンス素子、インピーダンス素子、磁気ヘッド、マイクロ波素子、磁歪素子、及び電磁干渉抑制体などの高周波磁気デバイスにおいて用いることができる。ここで、電磁干渉抑制体とは、高周波領域において不要電磁波の干渉によって生じる電磁障害を抑制するためのものである。
１ 反応液ノズル
２ 酸化液ノズル
３ 基体
４ 支持部材
５ 台（回転テーブル）
６ フェライト膜
２ 酸化液ノズル
３ 基体
４ 支持部材
５ 台（回転テーブル）
６ フェライト膜
Claims (8)
- 基体と該基体に付着したフェライト膜とを備えるフェライト付着体を製造する製造方法であって、
前記基体は、単一の棒状のものであるか又は複数の棒状のものを連結してなるものであり、
前記基体が前記単一の棒状のものである場合には前記基体は５ｍｍ以下の最大幅を有すると共に５ｍｍ以下の最大高さを有しており、前記基体が前記複数の棒状のものを連結してなるものである場合には前記棒状のものの夫々が５ｍｍ以下の最大幅を有すると共に５ｍｍ以下の最大高さを有し且つ前記棒状のもの間の隙間は１００μｍ以上である、製造方法において、
前記基体の裏側に１００μｍ以上のスペースを空けた状態で前記基体を支持し、
少なくとも第１鉄イオンを含む反応液と少なくとも酸化剤を含む酸化液とを前記基体の表側に供給し、
前記反応液と前記酸化液に対して重力以外に起因する２〜１５０ｍ／ｓ２の加速度を加える
製造方法。 - 請求項１記載の製造方法であって、
前記基体の支持は、台の上に支持部材を配置し、前記台と前記基体との間に前記スペースを確保した状態で前記支持部材によって前記基体を支持することにより、行われる
製造方法。 - 請求項２記載の製造方法であって、
前記加速度は、前記台を回転させることにより生じる遠心力に起因するものである
製造方法。 - 請求項１又は請求項２記載の製造方法であって、
前記加速度は、前記基体に振動を与えることにより生じるものである
製造方法。 - 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の製造方法であって、
前記基体の前記表側に対して前記反応液と前記酸化液を直接供給し且つ前記加速度を加えてフェライト膜を直接形成した後、前記基体の前記裏側に対して前記反応液と前記酸化液を直接供給し且つ前記加速度を加えてフェライト膜を直接形成する
製造方法。 - 三次元形状の基体と該基体に付着したフェライト膜とを備えるフェライト付着体であって、
前記基体は、単一の棒状のものであり、
前記基体は５ｍｍ以下の最大幅を有すると共に５ｍｍ以下の最大高さを有しており、
前記フェライト膜は、長軸及び短軸を有し且つ前記長軸を前記フェライト膜の膜厚方向に沿うようにして並べてなる複数の柱状結晶からなり、
前記柱状結晶の前記長軸は０．１〜１０μｍであり、前記短軸は０．０１〜１μｍであり、
前記フェライト膜の平均膜厚ｘと膜厚の標準偏差σの比σ／ｘが１以下であるフェライト付着体。 - 三次元形状の基体と該基体に付着したフェライト膜とを備えるフェライト付着体であって、
前記基体は、複数の棒状のものを連結してなるものであり、
前記棒状のものの夫々が５ｍｍ以下の最大幅を有すると共に５ｍｍ以下の最大高さを有し且つ前記棒状のもの間の隙間は１００μｍ以上であり、
前記フェライト膜は、長軸及び短軸を有し且つ前記長軸を前記フェライト膜の膜厚方向に沿うようにして並べてなる複数の柱状結晶からなり、
前記柱状結晶の前記長軸は０．１〜１０μｍであり、前記短軸は０．０１〜１μｍであり、
前記フェライト膜の平均膜厚ｘと膜厚の標準偏差σの比σ／ｘが１以下であるフェライト付着体。 - 請求項６又は請求項７記載のフェライト付着体であって、
前記基体は、少なくとも隣接する二つの面を備えており、
前記フェライト膜は、前記二つの面の夫々の上に直接形成されており、
前記二つの面の上に形成された前記フェライト膜は、互いに磁気的に結合している
フェライト付着体。
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