KR20160107568A - Composite magnetic sheet and magneto-dielectric antenna using thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 복합 자성 시트 및 그를 이용한 자성체 안테나에 관한 것이다.
The present invention relates to a composite magnetic sheet and a magnetic body antenna using the same.
최근 전자기기의 소형화, 고속화, 고주파화에 수반하여, 이들 전자기기에 이용되는 전자 부품에서도 소형화와 더불어 수백 MHz 내지 수 GHz의 주파수 대역에서의 고효율 특성이 요구되고 있다.In recent years, along with downsizing, high-speed, and high-frequency electronic devices, electronic components used in these electronic devices have been demanded to have high efficiency characteristics in a frequency band of several hundred MHz to several GHz along with miniaturization.
이를 위해, NiZn계 페라이트(Ferrite) 등의 스피넬(spinel)계 페라이트를 이용하여 이득을 유지하면서 안테나를 소형화할 수 있는 기술이 제안되었다. 그러나, 스피넬계 페라이트는 저주파수 대역에서는 높은 투자율을 가지다가 수백 MHz 이상의 고주파수 대역에서는 스뇌크 한계(Snoek's Limit)에 의해 투자율이 급속하게 저하되어 고주파 전자 부품용 자성 재료로서 사용하기 어렵다.To this end, a technology has been proposed in which spinel ferrites such as NiZn-based ferrite are used to miniaturize an antenna while maintaining gain. But, Spinel ferrites have a high magnetic permeability in a low frequency band, but the permeability is rapidly lowered due to the Snoek's limit in a high frequency band of several hundred MHz or more, and thus it is difficult to use them as magnetic materials for high frequency electronic parts.
이러한 스피넬 페라이트의 스뇌크 한계를 넘어 고주파 대역에서도 높은 투자율을 갖는 헥사 타입(Hexa Type)의 자성체에 대한 연구가 이루어지고 있으나, 헥사 타입의 자성체도 1GHz를 넘어가는 고주파수 대역에서는 투자율이 급격히 감소하는 것으로 알려져 있다.Hexa type magnetic materials having a high permeability even in a high frequency band beyond the threshold of spinel ferrite have been studied. However, the magnetic permeability of the hexa-type magnetic material also decreases sharply in the high frequency band exceeding 1 GHz It is known.
따라서, 1GHz 이상의 고주파 대역에서 고투자율과 저투자손실을 동시에 만족시킬 수 있는 자성체에 대한 연구가 요구된다.
Therefore, research on magnetic materials capable of satisfying high permeability and low investment loss simultaneously in a high frequency band of 1 GHz or more is required.
본 발명의 목적은 1GHz 이상의 고주파 대역에 적합한 고투자율과 저투자손실 특성을 가지는 복합 자성 시트를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a high permeability and a low investment loss characteristic suitable for a high- And to provide a composite magnetic sheet.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 복합 자성 시트를 구비하여 1GHz 이상의 고주파 대역에 사용하기 적합한 자성체 안테나를 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide a magnetic antenna which is equipped with the composite magnetic sheet and is suitable for use in a high frequency band of 1 GHz or more.
본 발명에 따른 상기 복합 자성 시트의 목적은,The object of the composite magnetic sheet according to the present invention is that,
1GHz 이상의 고주파수 자성체 안테나에 적용되고 있는 자성재료의 재료적 한계에 의한 투자율 감소를 극복할 수 있는 자성재료를 제공하기 위한 것이다.And to provide a magnetic material capable of overcoming a decrease in permeability due to material limitations of a magnetic material applied to a high frequency magnetic body antenna of 1 GHz or more.
이를 위해, 본 발명은 시트 내에 단위부피당 반강자성층과 페리자성층 간의 계면적(접합면적 또는 접촉면적)을 넓힐 수 있도록 반강자성층과 페리자성층 간의 접합계면에 패턴(pattern)을 포함하는 신규한 구조의 자성 복합 시트를 제공한다.To this end, the present invention provides a novel structure including a pattern at the junction interface between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer so as to widen the area (bonding area or contact area) between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer per unit volume in the sheet Of the magnetic composite sheet.
이때, 패턴은 요철(concavo-convex) 형상이거나, 혹은 시트의 상면에 대해 수직한 방향으로 배열되고, 반강자성층과 페리자성층이 교호(交互)로 적층된 코어(Core)-쉘(Shell) 구조의 동축형(coaxial) 패턴일 수 있다.
At this time, the pattern may be a concave-convex shape or a core-shell structure in which alternately stacked antiferromagnetic layers and ferrimagnetic layers are arranged in a direction perpendicular to the upper surface of the sheet Coaxial < / RTI >
본 발명에 따른 복합 자성 시트는 단위부피당 반강자성층과 페리자성층 간의 계면적(접촉면적)을 넓히는 일정한 형상의 패턴이 포함됨으로써, 이들 계면에서의 교환 바이어스에 의한 보자력 증대로 공진주파수가 증가되는 효과를 가질 수 있어, 1GHz 이상의 영역대에서 고투자율과 저투자손실 특성을 동시에 만족시킬 수 있다.The composite magnetic sheet according to the present invention includes a pattern having a constant shape that widens the area (contact area) between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer per unit volume, so that the resonance frequency is increased by increasing the coercive force due to the exchange bias at these interfaces So that high permeability and low investment loss characteristics can be satisfied at the same time in the region of 1 GHz or more.
또한, 본 발명에 따르면 상기한 특성의 복합 자성 시트를 구비하여 1GHz 이상의 고주파 대역에 사용 적합한 자성체 안테나의 제작이 가능하다.
Further, according to the present invention, it is possible to manufacture a magnetic body antenna having a composite magnetic sheet of the above-described characteristics and suitable for use in a high frequency band of 1 GHz or more.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 자성 시트의 사시도이다.
도 2는 도 1의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 자성 시트의 패턴 내 스핀의 핀닝(pinning) 현상을 나타낸 도면이다.
도 4는 헥사 페라이트 분말의 자화곡선과 본 발명의 제1 실시예에 따른 반강자성-페리자성 복합 자성체의 자화곡선을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 자성 시트의 단면도이다.1 is a perspective view of a composite magnetic sheet according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view of Figure 1;
3 is a view showing a pinning phenomenon of a spin in a pattern of the composite magnetic sheet according to the first embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the magnetization curves of the hexaferrite powder and the magnetization curves of the antiferromagnetic-ferrimagnetic composite magnetic material according to the first embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a composite magnetic sheet according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. The advantages and features of the present invention and the techniques for achieving them will be apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. The present embodiments are provided so that the disclosure of the present invention is not only limited thereto, but also may enable others skilled in the art to fully understand the scope of the invention.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used herein are intended to illustrate the embodiments and are not intended to limit the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is to be understood that the terms 'comprise', and / or 'comprising' as used herein may be used to refer to the presence or absence of one or more other components, steps, operations, and / Or additions.
부가적으로, 도면의 구성요소는 반드시 축척에 따라 그려진 것은 아니고, 예컨대, 본 발명의 이해를 돕기 위해 도면의 일부 구성요소의 크기는 다른 구성요소에 비해 과장될 수 있다. 한편, 각 도면에 걸쳐 표시된 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 도시의 간략화 및 명료화를 위해, 도면은 일반적 구성 방식을 도시하고, 본 발명의 설명된 실시예의 논의를 불필요하게 불명료하도록 하는 것을 피하기 위해 공지된 특징 및 기술의 상세한 설명은 생략될 수 있다.
In addition, the components of the drawings are not necessarily drawn to scale; for example, the dimensions of some of the components of the drawings may be exaggerated relative to other components to facilitate understanding of the present invention. In the meantime, the same reference numerals denote the same elements throughout the drawings, and for the sake of simplicity and clarity of illustration, the drawings illustrate a general constructional scheme and are intended to unnecessarily obscure the discussion of the described embodiments of the present invention Detailed descriptions of known features and techniques may be omitted so as to avoid obscuring the invention.
본 발명은 반강자성(antiferromagnetism)층과 페리자성(ferrimagnetism)층 간의 계면적(접촉면적)을 넓힐 수 있도록 반강자성층과 페리자성층 간의 접합 계면에 패턴(Pattern)을 구비한 복합 자성 시트를 제공한다.
The present invention provides a composite magnetic sheet having a pattern at a bonding interface between an antiferromagnetic layer and a ferrimagnetic layer so as to widen the area (contact area) between the antiferromagnetism layer and the ferrimagnetism layer .
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 복합 자성 시트 및 그를 이용한 자성체 안테나에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, a composite magnetic sheet according to the present invention and a magnetic material antenna using the same will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 자성 시트의 사시도이고, 도 2는 도 1의 횡단면도이다.Fig. 1 is a perspective view of a composite magnetic sheet according to a first embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a cross-sectional view of Fig. 1. Fig.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예의 복합 자성 시트(100)는 일정한 형상의 패턴(110)이 고분자 매트릭스(polymer matrix)(120) 내에 포함되어 구성된다.
As shown in FIG. 1, the composite
복합 자성 시트(100)의 구성 중, 패턴(110)은 반강자성(antiferromagnetism) 물질과 페리자성(ferrimagnetism, 또는 준강자성) 물질로 구성된 복합 자성체로서, 기둥 형상인 코어(Core, 110a)와 코어(110a)의 외주면을 감싸는 쉘(Shell, 110b)로 구성되는 코어-쉘 구조의 동축형(coaxial)으로 형성된다.The
상기 코어(110a)는 일정한 형상, 예컨대, 원기둥이나, 혹은 사각형, 삼각형, 오각형 등의 각기둥 형상을 가지고, 복합 자성 시트(100)의 상면에 대해 수직한 방향으로 배열된다. 도 1에서는, 원기둥 형상의 코어(110a)를 도시하였다.The
이때, 코어(110a)는 반강자성층 또는 페리자성층일 수 있다.At this time, the
여기서, 반강자성층은, 원자의 자기모멘트(magnetic moment)가 이웃하는 것과 크기는 같으나 반대 방향으로 배열되어 전체적인 자기모멘트가 0이 되지만, 같은 방향을 향한 자성 원리에 의해 형성된 작은 격자를 취하면 강자성체와 같은 구조를 나타내는, 반강자성 물질을 포함하여 형성된 층이다. Here, the antiferromagnetic layer has the same magnetic moment as the neighboring atom but is arranged in the opposite direction so that the total magnetic moment becomes 0. However, when a small lattice formed by the magnetic principle oriented in the same direction is taken, Lt; RTI ID = 0.0 > antiferromagnetic < / RTI > material.
이러한 반강자성층은 안테나가 사용되는 온도가 상온 이상이므로 상온에서도 자성을 가지고 있어야 하므로, 니일 온도(Neel temperature)가 대략 300K 이상인 반강자성 물질을 포함하여 형성됨이 바람직하다. The antiferromagnetic layer is preferably formed to include an antiferromagnetic material having a Neel temperature of about 300K or more, since the temperature at which the antenna is used is higher than room temperature and therefore, it must have magnetism at room temperature.
이때, 반강자성층에 함유되는 반강자성 물질의 니일 온도가 300K 미만이면, 상온에서 교환 바이어스(exchange-bias) 효과를 나타낼 수가 없게 된다.At this time, if the kneading temperature of the antiferromagnetic material contained in the antiferromagnetic layer is less than 300 K, the exchange-bias effect can not be exhibited at room temperature.
일례로, 반강자성층은 NiO 또는 Cr 등의 반강자성 물질을 포함할 수 있다.
In one example, the antiferromagnetic layer may comprise an antiferromagnetic material such as NiO or Cr.
상기 페리자성층은, 원자의 자기모멘트가 이웃하는 원자의 자기모멘트와 서로 반대 방향으로 배열하지만 자기모멘트의 크기가 달라서 그 차이만큼 자화되는, 페리 자성 물질을 포함하여 형성된 층이다.The ferrimagnetic layer is a layer formed by including a ferrimagnetic material in which the magnetic moments of atoms are arranged in opposite directions to the magnetic moments of neighboring atoms, but the magnetic moments are different in size and magnetized by the difference.
이러한 페리자성층은 수~수십 GHz까지의 고주파에 사용되어야 하기 때문에 헥사 페라이트(hexagonal ferrite) 물질이 바람직하게 사용될 수 있고, 보다 바람직하게는 자기이방성비(magnetocrystalline anisotropy ratio, Hθ/Hφ, Hθ: 축자기이방성, Hφ: 면자기이방성)를 높일 수 있는 Y타입 또는 Z타입 헥사 페라이트 물질이 사용될 수 있다.Since such a ferrimagnetic layer should be used at a high frequency of several to several tens of GHz, a hexagonal ferrite material can be preferably used, and more preferably a magnetocrystalline anisotropy ratio (H ? / H ?, H ? : Axial magnetic anisotropy, H ?: Plane magnetic anisotropy) can be used as the Y-type or Z-type hexaferrite material.
일반적으로, 헥사 페라이트 물질은 결정의 c축에 대해서 수직인 면내에 자화 용이 방향을 가지므로, 자기 이방성(magnetic anisotropy) 특성이 더 크기 때문에 스피넬 페라이트(spinel ferrite)의 주파수 한계를 넘는 주파수 영역대까지 소정의 투자율을 유지하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 헥사 페라이트 물질은 수~수십GHz 대역의 고주파수 대역에서 사용이 가능하다.Generally, the hexaferrite material has an easy magnetization direction in the plane perpendicular to the c-axis of the crystal, so that the magnetic anisotropy characteristic is larger. Therefore, the frequency range of the spinel ferrite exceeds the frequency limit of the spinel ferrite And is known to maintain a predetermined permeability. Therefore, the hexaferrite material can be used in the high frequency band of several to several tens of GHz band.
상기 헥사 페라이트 물질은 M타입, U타입, W타입, X타입, Y타입 및 Z타입 중에서 선택된 어느 하나의 결정 구조를 가질 수 있으며, 각 타입별 공명주파수(fr)와 초기투자율(μi)은 아래의 표 1과 같다.The hexaferrite material may have any one of crystal structure selected from M type, U type, W type, X type, Y type and Z type, and the resonance frequency f r and initial permeability (μ i ) Are shown in Table 1 below.
타입type
(emu/g)(emu / g)
(Oe)(Oe)
(K)(K)
(GHz)(GHz)
(여기서, Ms는 포화자화, Hc는 보자력, Tc는 결정화온도를 의미함)(Where Ms is the saturation magnetization, Hc is the coercive force, and Tc is the crystallization temperature)
표 1에 기재된 것처럼, Z타입의 헥사 페라이트 물질은 비교적 높은 초기 투자율(initial permeability, μi)을 구비하고, 우수한 고주파 특성을 나타내므로 안테나의 소형화에 유리하다.As shown in Table 1, the Z-type hexaferrite material has a relatively high initial permeability (mu i ) and exhibits excellent high-frequency characteristics, which is advantageous for miniaturization of the antenna.
Y타입의 헥사 페라이트 물질은 M 타입과 Z 타입의 중간적인 특성을 보이므로, GHz 영역대의 초기 주파수 범위에서 높은 투자율과 상대적으로 높은 자기 공진 주파수(SRF; Self Resonance Frequency) 특성으로 인한 저손실 특성을 같이 가질 수 있어, 1GHz 이상의 고주파용 자성재료로서 가능성이 높은 재료군중 하나이다.
Since the Y type hexaferrite material exhibits intermediate characteristics between the M type and the Z type, it has a high magnetic permeability in the initial frequency range of the GHz band and a low loss characteristic due to a relatively high self resonance frequency (SRF) characteristic. And is one of a group of materials having a high possibility as a magnetic material for high frequency of 1 GHz or more.
상기 헥사 페라이트 물질은 하기의 화학식 1로 표기될 수 있고, 상기 Y타입의 헥사 페라이트 물질은 하기의 화학식 2로 표기될 수 있다.The hexaferrite material may be represented by the following formula (1), and the Y-type hexaferrite material may be represented by the following formula (2).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
Ba1-xSrxCo1-y[Me]yFemOn Ba 1-x Sr x Co 1-y [Me] y Fe m O n
(여기서, [Me]는 Zn, Mn 및 Cu 중 선택된 1종이고, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 12 < m < 36 및 19 < n < 60)1, 0 <y <1, 12 <m <36 and 19 <n <60), where [Me]
[화학식 2](2)
Ba1-xSrxCo1-y[Me]yFe12O22 Ba 1-x Sr x Co 1-y [Me] y Fe 12 O 22
(여기서, [Me]는 Zn, Mn 및 Cu 중 선택된 1종이고, 0 < x < 1, 0 < y < 1)
(Where Me is one selected from Zn, Mn and Cu, 0 < x < 1, 0 <
상기 코어(110a)의 외주면에 피복된 쉘(110b)은 단일층 또는 다층의 적어도 1층 이상으로 구성될 수 있다. 쉘(110b)의 층 수는 설계에 따라 다양하게 변경 가능하며, 도 1에서는 제1 내지 제3 서브쉘(110b1, 110b2, 110b3)의 3층으로 구성된 쉘(110b)을 도시하였다.The
쉘(110b)이 단일층으로 구성될 때, 쉘(110b)은 코어(110a)와 자성 특성이 상이한 반강자성층 또는 페리자성층으로 형성된다. 예컨대, 코어(110a)가 반강자성층으로 형성되면 쉘(110b)은 페리자성층으로 형성된다.When the
쉘(110b)이 다층으로 구성될 때, 코어(110a)와 접촉되는 제1 서브쉘(110b1)은 코어(110a)와 자성 특성이 상이한 반강자성층 또는 페리자성층으로 형성되고, 나머지 제2 및 제3 서브쉘(110b2, 110b3)은 쉘(110b) 내에서 반강자성층과 페리자성층이 교호(交互)로 적층되도록 제2 서브쉘(110b2)의 재질에 따라 반강자성층 또는 페리자성층 중에서 선택된다.When the
예컨대, 코어(110a)가 반강자성층으로 형성되면 제1 서브쉘(110b1)은 페리자성층으로 형성되고, 제2 서브쉘(110b2)은 반강자성층으로 형성되고, 제3 서브쉘(110b3)은 페리자성층으로 형성된다.For example, if the
이러한 구성에 의해 패턴(110)은 반강자성층과 페리자성층이 교호(交互)로 적층되는 코어-쉘 구조를 가지면서, 복합 자성 시트(100)의 상면에 대해 수직한 방향으로 배열되는 동축형(coaxial)이 된다.With this structure, the
한편, 도 1에서는 설명의 편의를 위하여, 6개의 패턴(110)을 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 패턴(110)의 수는 적어도 1개 이상으로 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다.In FIG. 1, six
일반적으로, 페라이트 재료가 GHz 영역대에서 고투자율(high permeability)을 갖기 위해서는 면방향 이방성 자장이 작아야 하는데, 이 경우 공진주파수가 낮아지는 문제점이 있다. 이는 아래 수학식 1에 나타난 바와 같이 공진주파수가 면방향 이방성 자계 값에 비례하기 때문이다.Generally, in order for a ferrite material to have a high permeability in a GHz region, the field direction anisotropy field must be small. In this case, the resonance frequency is low. This is because the resonance frequency is proportional to the plane anisotropy field value as shown in the following equation (1).
여기서, fr은 공진주파수, γ는 자기회전 인자(gyromagnetic factor), Hθ는 축자기이방성 자계 및 Hφ는 면방향 이방성 자계를 의미함)
Here, f r is a resonance frequency, γ is a gyromagnetic factor, H θ is an axial magnetic anisotropy field, and H φ is a plane direction anisotropic magnetic field)
자성재료의 격자구조를 변경하여 면방향 이방성 자계를 변화시키는 방법이 최근 시도되었다. 그러나, 이 방법은 재료를 설계하여 진행하기 때문에 재료개발에 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라, 기존의 생산 자재의 스펙(spec)이 변경됨에 따라 재료 생산부터 시트 개발까지 소요시간이 많이 발생한다.A method of changing the lattice structure of the magnetic material to change the planar anisotropy field has recently been attempted. However, this method requires a lot of time for material development because the material is designed and proceeded, and the time from material production to sheet development takes a lot of time as the specification of the existing production material is changed.
다른 대안으로, 연자성(soft magnetic)인 헥사 페라이트 물질과 경자성(hard magnetic)인 반강자성 물질을 단순 적층하는 방법이 도입되었으나, 이 역시 보자력(coercivity, Hc)을 높이는데 한계가 있었다.Alternatively, simple lamination of soft magnetic hexaferrite material and hard magnetic antiferromagnetic material has been introduced, but this also has limitations in increasing coercivity (Hc).
상기한 제반 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명은 복합 자성 시트(100) 내부에 패턴(110)을 도입하였으며, 패턴(110) 형성에 따른 효과는 아래에서 구체적으로 후술하기로 한다.
In order to solve the above-described problems, the present invention introduces a
전술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예는, 반강자성층과 페리자성층이 교호로 적층된 코어(110a)-쉘(110b) 구조의 동축형 패턴(110)을 포함하는 복합 자성 시트(100)를 제공한다. As described above, the first embodiment of the present invention is a composite magnetic sheet 100 (100) including a
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 자성 시트의 패턴 내 스핀(spin)의 핀닝(pinning) 현상을 나타낸 도면으로서, 반강자성층 코어(110a)와 페리자성층 쉘(110b)을 나타낸다.FIG. 3 is a view showing pinning phenomena of a spin in a pattern of a composite magnetic sheet according to the first embodiment of the present invention, showing an
도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 구성을 갖는 시트의 패턴(110) 내 반강자성층과 페리자성층 간 계면에서는 교환 바이어스(exchange-bias)(혹은 교환 이방성(exchange anisotropy) 효과에 의해 스핀(spin)의 핀닝(pinning)(P)이 일어나며, 이에 따라 보자력이 상승하게 된다.As shown in FIG. 3, at the interface between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer in the
이러한 교환 바이어스에 의한 보자력의 증대는 면방향 이방성 자장의 증가를 의미하며, 면방향 이방성 자장의 증가는 상기 수학식 1에 의해 공진주파수가 증가하는 효과를 갖는다.The increase of the coercive force by the exchange bias means the increase of the planar direction anisotropic magnetic field, and the increase of the planar direction anisotropic magnetic field has the effect of increasing the resonant frequency by Equation (1).
결과적으로, 본 발명의 제1 실시예는, 복합 자성 시트(100)의 면방향 이방성 자장을 크게 하여 공진주파수를 증가시킴으로써, GHz 영역대에서 고투자율과 저투자손실 특성을 동시에 만족시킬 수 있게 된다.As a result, the first embodiment of the present invention is able to simultaneously satisfy the high permeability and the low investment loss characteristic in the GHz range by increasing the resonance frequency by increasing the anisotropic magnetic field in the plane direction of the composite
한편, 보자력은 교환 바이어스가 발생된 교환 커플링(exchange coupling) 영역에 비례하여 증가하는 경향이 있다. 즉, 반강자성층과 페리자성층 간의 자기적인 결합의 강도는 반강자성층과 페리자성층 간 체적의 비에 의존한다.On the other hand, the coercive force tends to increase in proportion to the exchange coupling region in which the exchange bias is generated. That is, the strength of the magnetic coupling between the antiferromagnetic layer and the ferrimagnetic layer depends on the ratio of the volume between the antiferromagnetic layer and the ferrimagnetic layer.
이에 따라, 반강자성 물질을 페리자성 물질에 결합시켜 보자력의 증대를 구현하기 위해서는, 반강자성층과 페리자성층 간의 계면적(접촉면적)을 넓혀 교환 커플링 영역을 증가시킬 필요성이 있다.Accordingly, in order to increase the coercive force by bonding the antiferromagnetic material to the ferrimagnetic material, it is necessary to increase the exchange coupling area by widening the area (contact area) between the antiferromagnetic layer and the ferrimagnetic layer.
본 발명의 제1 실시예에서, 반강자성층과 페리자성층이 교호로 적층된 코어(110a)-쉘(110b) 구조의 동축형 패턴(110)은 단위부피당 반강자성층과 페리자성층 간의 계면적을 넓히는 역할을 하게 된다.In the first embodiment of the present invention, the
그 결과, 반강자성층과 페리자성층을 단순 적층하는 것에 비해 상대적으로 반강자성층과 페리자성층 간의 교환 커플링 영역이 증가되므로 보자력 증가에 더욱 효과적이며, 또한 보자력 증가를 통한 공진주파수의 증가에 더욱 효과적이다.
As a result, the exchange coupling area between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer is relatively increased as compared with the case where the antiferromagnetic layer and the ferrimagnetic layer are simply stacked. Therefore, it is more effective in increasing the coercive force and more effective in increasing the resonant frequency by increasing the coercive force to be.
도 4는 헥사 페라이트 분말의 자화곡선(hysteresis curve)과 본 발명의 제1 실시예에 따른 반강자성-페리자성 복합 자성체의 자화곡선을 나타낸 도면으로서, A는 헥사 페라이트 분말의 자화곡선이고, B는 반강자성-페리자성 복합체의 자화곡선이다.4 is a graph showing the magnetization curves of the hexaferrite powder and the antiferromagnetic-ferrimagnetic composite magnetic material according to the first embodiment of the present invention, wherein A is the magnetization curve of the hexaferrite powder, Is the magnetization curve of the antiferromagnetic-ferrimagnetic complex.
도 4에 도시된 바와 같이, 헥사 페라이트 분말일 때에 비해 반강자성-페리자성의 복합체 형성시에 교환 커플링에 의하여 보자력이 증가하게 된다.As shown in FIG. 4, the coercive force is increased by exchange coupling at the time of forming the antiferromagnetic-ferrimagnetic composite as compared with the hexaferrite powder.
이렇듯, 본 제1 실시예의 복합 자성 시트는(100)는 반강자성층과 페리자성층의 배열 패턴을 조절하여 면방향 자기 이방성을 조절할 수 있고, 이를 통해 공진주파수 증가 효과를 가진다.As described above, in the composite magnetic sheet of the first embodiment, (100) can control the directional magnetic anisotropy by adjusting the arrangement pattern of the antiferromagnetic layer and the ferrimagnetic layer, and thereby has a resonant frequency increasing effect.
따라서, 복합 자성 시트는(100)는 자성재료의 격자구조를 변경하지 않고 반강자성층과 페리자성층의 접합계면에 패턴(110)을 형성하는 비교적 간단한 방법으로 보자력을 증가시켜 공진주파수를 증가시킬 수 있으므로, 제조가 용이하면서도 연구비 절감이 가능하다.
Thus, the composite
한편, 상기 복합 자성 시트(100)는 패턴(110)을 고정시키는 고분자 매트릭스(120)를 포함하는데, 이 고분자 매트릭스(120)의 재질은 공지된 바인더 물질이 제한 없이 채용 가능하며, 예컨대, 열가소성 수지(thermoplastic resin) 또는 열경화성 수지(thermosetting resin) 등이 이용될 수 있다.
The composite
이러한 구성을 갖는 복합 자성 시트(100)는 페라이트 물질 또는 반강자성 물질을 바인더 등과 혼합한 슬러리를 원기둥 형상의 성형틀에 부은 후 건조, 분리 과정을 거쳐 코어(110a)를 제작하고, 별개로 페라이트 물질 또는 반강자성 물질을 바인더 등과 혼합한 슬러리를 닥터 블레이드법 등에 의해 판상으로 도포 후 건조하는 과정을 3회 반복하여 반강자성층과 페리자성층이 교호 적층된 다층의 시트를 제작하고, 코어(110a)의 외주면에 다층의 시트를 부착하여 코어(110a)-쉘(110b) 구조의 동축형 패턴을 형성하고, 이 패턴을 고분자 매트릭스(120)에 수직한 방향으로 매립한 후 저온(대략 150~200℃) 열처리하여 제작될 수 있다.The composite
이렇게 제작된 복합 자성 시트(100)는 코어(110a)와 쉘(110b)에 바인더가 포함된 밀도 4.3 이하 정도의 미소결 시트로 제작되어 플렉서블(flexible)한 특성을 가지므로 성형성이 우수하여 유연성이 요구되는 전자 부품의 자성 재료의 제조에 적용 가능하다. The composite
또한, 복합 자성 시트(100)는 전술한 제조 방법 중 저온 열처리 대신 소성 과정을 거쳐 소결체 시트로 제작될 수 있으며, 이 경우 코어(110a)와 쉘(110b)에는 바인더가 포함되지 않는다.
In addition, the composite
한편, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 자성 시트의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a composite magnetic sheet according to a second embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 자성 시트(200)는 아래, 위로 적층된 제1층(210) 및 제2층(220)과, 이들 제1층(210)과 제2층(220) 간의 접합 계면에 형성된 요철(concavo-convex) 형상의 패턴(230)을 포함한다.5, the composite
본 발명의 제2 실시예에서, 제2층(220)과 제1층(210)이 상, 하로 적층되면서, 이들 계면에 요철 형상의 패턴(230)이 형성되고, 고분자 매트릭스가 형성되지 않는 구조적인 특징을 제외하고, 나머지 제1층(210), 제2층(220)의 재질은 각각 본 발명의 제1 실시예의 코어(110a)와 쉘(110b)의 재질과 동일할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2 실시예의 구성 요소 중 본 발명의 제2 실시예와 중복되는 설명은 생략하고, 차이점에 대해서만 설명하기로 한다. In the second embodiment of the present invention, the
여기서, 제1층(210)은 반강자성층 또는 페리자성층으로 형성되고, 제2층(220)은 제1층(210)과 자성 특성이 상이한 반강자성층 또는 페리자성층으로 형성된다.Here, the
예컨대, 제1층(210)이 반강자성층으로 형성되면 제2층(220)은 페리자성층으로 형성되고, 제1층(210)이 페리자성층으로 형성되면 제2층(220)은 반강자성층으로 형성된다.For example, when the
도 1에서와 동일한 이유로, 반강자성층은 니일 온도가 대략 300K 이상인 반강자성 물질, 예컨대 NiO 또는 Cr 등을 포함하여 형성될 수 있고, 페리자성층은 헥사 페라이트 물질, 바람직하게 Y타입 또는 Z타입 헥사 페라이트 물질을 포함하여 형성될 수 있다.1, the antiferromagnetic layer may be formed comprising an antiferromagnetic material having a knee temperature of about 300K or more, such as NiO or Cr, and the ferrimagnetic layer may be formed of a hexaferrite material, preferably a Y type or Z type hexaferrite And the like.
또한, 제1층(210)과 제2층(220) 간의 접합 계면에 형성된 요철 형상의 패턴(230)은 제1층(210)을 기준으로 오목부(concave portion, 230a)와 볼록부(convex portion, 230b)를 포함한다. 제1층(210)의 오목부(230a)는 제2층(220)의 볼록부(미도시)와 대응되고, 제1층(210)의 볼록부(230b)는 제2층(220)의 오목부(미도시)와 대응된다.The concavo-
본 발명의 제2 실시예에서, 요철 형상의 패턴(230)은 도 1의 동축형 패턴(110)과 마찬가지로 단위부피당 반강자성층과 페리자성층 간의 계면적(접촉면적)을 넓히는 역할을 하게 된다.In the second embodiment of the present invention, the concavo-
따라서, 본 발명의 제2 실시예의 복합 자성 시트(200)는 본 발명의 제1 실시예의 복합 자성 시트(100)와 동일하게 보자력 증대를 통한 공진주파수 증가 효과를 얻을 수 있고, 그 결과 GHz 영역대에서 고투자율과 저투자손실 특성을 동시에 만족시킬 수 있게 된다.Therefore, the composite
이때에도, 반강자성층과 페리자성층의 배열 패턴을 조절하여 면방향 자기 이방성을 조절할 수 있고, 이를 통해 공진주파수 증가 효과를 가진다.
At this time, it is possible to control the magnetic anisotropy in the plane direction by adjusting the arrangement pattern of the antiferromagnetic layer and the ferrimagnetic layer, thereby increasing the resonance frequency.
이러한 구성을 갖는 복합 자성 시트(200)는 페라이트 물질 또는 반강자성 물질을 바인더 등과 혼합한 슬러리를 닥터 블레이드법 등에 의해 판상으로 도포 후 건조하는 과정을 거쳐 두 장의 시트를 제작하고, 각 시트를 일정 영역 프레스로 가압하여 시트에 요철 패턴(230)을 만들고, 요철 패턴을 갖는 두 장의 시트(210, 220)를 서로 끼움 결합되도록 적층한 후 저온(대략 100~150℃) 열처리하여 제작될 수 있다. The composite
이렇게 제작된 복합 자성 시트(200)는 제1층(210)과 제2층(220)에 바인더가 포함된 밀도 4.3 이하 정도의 미소결 시트로 제작되어 플렉서블한 특성을 갖기 때문에 성형성이 우수하다.The composite
또한, 복합 자성 시트(200)는 전술한 제조 중 저온 열처리 대신 소성 과정을 거쳐 소결체 시트로 제작될 수 있으며, 이 경우 제1층(210)과 제2층(220)에는 바인더가 포함되지 않는다.
The composite
이와 같이 구성된 본 발명의 제1, 제2 실시예의 복합 자성 시트(100, 200)는 단위부피당 반강자성층과 페리자성층 간의 계면적을 넓힐 수 있는 패턴(110, 230)이 포함됨으로써, 1GHz 이상의 고주파 대역에서 고투자율과 저투자손실 특성을 동시에 만족할 수 있다.In the composite
그 결과, 본 실시예의 복합 자성 시트(100, 200)는 휴대 통신 기기의 자성체 안테나를 구성하는 부품으로서 탑재하기에 적합하게 된다. 이 경우, 1GHz 이상의 고주파 대역에서 소형화와 고효율화 및 광대역화 특성을 동시에 만족시키는 자성체 안테나의 제작이 가능하다. As a result, the composite
한편, 본 실시예의 복합 자성 시트(100, 200)를 구비한 자성체 안테나는 휴대전화나 무선 LAN 등의 통신기기뿐만 아니라 자동차, 가전제품 등에 탑재된 전자기기에 결합되어 사용될 수 있음은 물론이다.
On the other hand, it goes without saying that the magnetic substance antenna provided with the composite
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, and that various changes, substitutions and alterations can be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. However, it should be understood that such substitutions, changes, and the like fall within the scope of the following claims.
100, 200 : 복합 자성 시트 110, 230 : 패턴
110a : 코어 110b : 쉘
120 : 고분자 매트릭스 210 : 제1층
220 : 제2층 230a : 오목부
230b : 볼록부100, 200: composite
110a:
120: polymer matrix 210: first layer
220:
230b:
Claims (16)
Wherein the antiferromagnetic layer and the ferrimagnetic layer are in contact with each other, and the pattern includes a bonding interface between the antiferromagnetic layer and the ferrimagnetic layer.
상기 페리자성층은 헥사 페라이트(hexagonal ferrite) 물질을 포함하는 복합 자성 시트.
The method according to claim 1,
Wherein the ferromagnetic layer comprises a hexagonal ferrite material.
상기 헥사 페라이트 물질은 Y타입 또는 Z타입인 복합 자성 시트.
3. The method of claim 2,
Wherein the hexaferrite material is Y type or Z type.
상기 반강자성층은
니일 온도(Neel temperature) 300K 이상인 반강자성 물질을 포함하는 복합 자성 시트.
The method according to claim 1,
The antiferromagnetic layer
A composite magnetic sheet comprising an antiferromagnetic material having a Neel temperature of 300K or more.
상기 반강자성층은 적어도 NiO 또는 Cr을 포함하는 복합 자성 시트.
5. The method of claim 4,
Wherein the antiferromagnetic layer comprises at least NiO or Cr.
상기 패턴은 요철 형상인 복합 자성 시트.
The method according to claim 1,
Wherein the pattern is a concavo-convex shape.
상기 패턴은
상기 복합 자성 시트의 상면에 대해 수직한 방향으로 배열되고,
상기 반강자성층 및 상기 페리자성층이 교호로 적층된 코어-쉘 구조의 동축형인 복합 자성 시트.
The method according to claim 1,
The pattern
Wherein the first magnetic pole layer is arranged in a direction perpendicular to the upper surface of the composite magnetic sheet,
Wherein the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer are coaxially arranged in a core-shell structure in which alternating layers are laminated.
상기 코어-쉘 구조의 동축형은
일정한 형상의 기둥재인 상기 코어와, 상기 코어의 외주면을 감싸는 적어도 하나 이상의 쉘로 구성되고,
상기 코어는 상기 반강자성층 또는 상기 페리자성층 중 어느 하나로 형성되는 복합 자성 시트.
8. The method of claim 7,
The coaxial type of core-
The core being a columnar member having a predetermined shape, and at least one or more shells surrounding an outer circumferential surface of the core,
Wherein the core is formed of one of the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer.
상기 코어는 각기둥 또는 원기둥 형상인 복합 자성 시트.
9. The method of claim 8,
Wherein the core is prismatic or cylindrical.
상기 복합 자성 시트는
상기 패턴을 고정시키는 고분자 매트릭스가 더 포함되는 복합 자성 시트.
9. The method of claim 8,
The composite magnetic sheet
And a polymer matrix for fixing the pattern.
상기 복합 자성 시트는
상기 패턴의 배열에 의해 면방향 자기 이방성이 조절되는 복합 자성 시트.
The method according to claim 1,
The composite magnetic sheet
And the planar magnetic anisotropy is controlled by the arrangement of the patterns.
상기 복합 자성 시트는 플렉서블(flexible)한 특성을 가지는 복합 자성 시트.
The method according to claim 1,
Wherein the composite magnetic sheet has a flexible property.
상기 복합 자성 시트는 4.3 이하의 밀도를 가지는 복합 자성 시트.
13. The method of claim 12,
Wherein the composite magnetic sheet has a density of 4.3 or less.
상기 반강자성층 및 상기 페리자성층은 바인더가 더 포함되는 복합 자성 시트.
14. The method of claim 13,
Wherein the antiferromagnetic layer and the ferrimagnetic layer further comprise a binder.
상기 복합 자성 시트는 소결체인 복합 자성 시트.
The method according to claim 1,
Wherein the composite magnetic sheet is a sintered body.
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