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JP7703178B2 - Inductors - Google Patents
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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 specifically 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, the inductor elements and capacitors in the power supply can be made smaller and lighter, making them particularly suitable for use in portable electronic devices 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 for high-frequency circuit inductors because of their compact size and integration. In the future, it is expected that switching power supplies with frequencies of several hundred MHz will be implemented using power inductors with a magnetic core. However, a low-loss power inductor compatible with switching power supplies 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 this application proposes a technology to suppress the proximity effect, which is an issue when using inductors at high frequencies. This technology fills the gap between the coils of the inductor with a magnetic microparticle composite material that has small iron loss even at high frequencies, suppressing the proximity effect and reducing the equivalent series resistance Rs and increasing the Q value (ωL/Rs).

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)。 In addition, a planar inductor with a laminated structure has been disclosed in which insulating layers are formed above and below a planar coil, and magnetic films whose magnetization (axis of easy magnetization) directions are mutually orthogonal 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Patent No. 6486614 特開平4-363006号公報Japanese Patent Application Publication No. 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 technology disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, the equivalent series resistance Rs is reduced to increase the Q value, but for practical use, it is necessary to increase the inductance L, which is the most important parameter for an inductor element. However, it was difficult to increase the inductance L with 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 and other documents, in the high frequency range of 100 MHz to several hundred MHz, losses due to eddy currents that occur in proportion to the square of the frequency and inversely proportional to the electrical resistivity are particularly problematic, and there is a limit to how much the Q value can be increased.

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。 The present invention aims to provide an inductor with a large Q value in the 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、平面型のコイルおよび前記コイルの線間に充填され、磁性微粒子と絶縁材料とを複合してなる磁性複合材料を備える平板状の磁性複合材料コイル間充填体並びに第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、前記第1磁気ユニット及び前記第2磁気ユニットのそれぞれにおいて、前記2層の膜面内一軸磁気異方性膜は互いに磁気結合せず、前記2層の膜面内一軸磁気異方性膜の磁気異方性は相殺され、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全体として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 is a planar spiral inductor in which a first magnetic unit, a planar coil, a flat magnetic composite material inter-coil filler filled between the wires of the coil and comprising a magnetic composite material formed by combining magnetic microparticles and an insulating material, and a second magnetic unit are stacked in this order, and each of the first magnetic unit and the second magnetic unit is formed by stacking two layers of in-plane uniaxial magnetic anisotropy films having different directions of easy magnetization with an insulating layer sandwiched between them, and in each of the first magnetic unit and the second magnetic unit, the two layers of in-plane uniaxial magnetic anisotropy films are not magnetically coupled to each other, the magnetic anisotropy of the two layers of in-plane uniaxial magnetic anisotropy films is offset, and the first magnetic unit and the second magnetic unit are each magnetically isotropic in the film plane as a whole .

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, a magnetic composite material coil inter-filler, in which a magnetic composite material made of a compound of magnetic fine particles and an insulating material is filled between the wires of a coil, is sandwiched between a first magnetic unit and a second magnetic unit, both of which are magnetically isotropic within the film plane. Compared to the laminate of a magnetic film and an insulating layer disclosed in Patent Document 2 and other documents, these first and second magnetic units have a high resistivity in the high frequency band of 100 MHz to several hundred MHz, and can suppress losses due to leakage current. As a result, it is possible to obtain an inductor with a large Q value in the frequency band of 100 MHz to several hundred MHz, compared to the technologies described in Patent Documents 1 and 2 and other documents.

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 layers of in-plane uniaxial magnetic anisotropy 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, it is preferable that the easy magnetization direction of one of the two in-plane uniaxial magnetic anisotropy films is perpendicular to the easy magnetization direction of the other of the two in-plane uniaxial magnetic anisotropy films.

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, it is possible to prevent leakage flux that may occur in the magnetization easy direction of one of the in-plane uniaxial magnetic anisotropy films of the first or second magnetic unit from leaking to the outside by the other in-plane uniaxial magnetic anisotropy film. 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 of the in-plane uniaxial magnetic anisotropy films is a nanogranular film having a composition of (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 the group consisting 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)). -film, and the other in-plane uniaxial magnetic anisotropy film is preferably a nanogranular film having a composition of (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 the group consisting 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 (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 first and second magnetic units that have high resistivity in the high frequency band of 100 MHz to several hundred MHz and that suppress leakage of magnetic flux generated from the coil to the outside.

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。FIG. 1 is a top view showing an inductor 100 according to an embodiment of the present invention. 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 III-III in FIG. 1. 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。6 is a graph showing actual measurement results of frequency characteristics of the 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。6 is a graph showing actual measurement results of frequency characteristics of loss coefficients 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。13 is a graph showing an analysis result 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。13 is a graph showing an analysis result of frequency characteristics of 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。1 is a graph showing an analysis result of frequency characteristics of a 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 Figures 1 and 2, the inductor 100 according to an embodiment of the present invention is a planar spiral inductor in which a first magnetic unit 10, a magnetic composite inter-coil filler 20, and a second magnetic unit 30 are stacked in this order.

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 coil inter-filler 20 comprises a planar coil (winding) 21 and a magnetic composite body 22 in which the spaces between the coil 21 are filled with a magnetic composite material made of a combination of magnetic fine particles and an insulating material.

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。 Here, the magnetic composite inter-coil filler 20 is a rectangular, more specifically, square, flat plate. The dimensions of the magnetic composite inter-coil filler 20, such as the thickness and length of one side, can be appropriately determined according to the power source used, the required inductance, etc.

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 line portion 21a that protrudes upward from one end near the center, and a second ground line portion 21b that protrudes upward from the other end at the periphery. These ground line portions 21a and 21b are located within 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 part that acts as a planar spiral inductor is the central coil 21, and the coil part 21 is an inductor in the pure sense. Inductor 100 is an inductor in the 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 spaces between the coil 21 in the thickness direction and also fill the area outside the coil 21 in the thickness direction. In this embodiment, the coil portion 21 and the ground line portions 21a, 21b have a thickness of 8 μm, and the magnetic composite material body 22 is also 8 μm thick. In other words, the magnetic composite material body 22 is formed to the same thickness as the coil portion 21 and the ground line portions 21a, 21b, and on the same surface as the surface on which the coil portion 21 and the ground line portions 21a, 21b are formed.

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 constituting the magnetic composite body 22 is a magnetic composite material in which magnetic microparticles and an insulating material are mixed. The volume ratio of the magnetic microparticles to the insulating material is, for example, 10:90 to 80:20. More specifically, the Fe-based magnetic microparticles are roughly spherical particles having an average particle size of 1.1 μm made of carbonyl iron powder, and the insulating material is epoxy resin. A solvent is added to the carbonyl iron powder and the epoxy resin so that the volume ratio is 1:1, and the mixture is used in the form of 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, a magnetic composite material made of the carbonyl iron powder and epoxy resin is supplied by a printing method so as to flatten the unevenness formed by the coil portion 21, and is filled between the wires of the coil 21 and evenly filled in the outer area of the coil 21. After that, the magnetic composite material is heated in the atmosphere, for example, at 120°C for 5 minutes using a hot plate, at 120°C for 120 minutes using an electric furnace, and at 140°C for 180 minutes to remove the solvent contained in the magnetic composite material and completely harden the epoxy resin, thereby obtaining 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 roughly polish the surface using sandpaper or the like, and then mirror-polish the surface to form the second magnetic unit 30 on top. In this way, preventing the surface of the coil 21 from being covered with the magnetic composite material improves the high-frequency characteristics of the inductor, but depending on the application, the surface of the coil 21 may be covered with the magnetic composite material.

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。 The use of Fe-based magnetic microparticles as the magnetic microparticles used in the magnetic composite material is preferable because Fe-based materials have excellent magnetic properties and are easily available. Fe-based magnetic microparticles include Fe microparticles and Fe alloy microparticles. In addition to Fe-based magnetic microparticles, Co-based magnetic microparticles and Ni-based magnetic microparticles can also be used as magnetic microparticles. These microparticles also have the same effect as Fe-based magnetic microparticles.

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 microparticles are used as the magnetic material for the magnetic composite material that fills the gaps between the wires of the coil 21 is that the induced current (eddy current) that occurs in the magnetic microparticles when an external magnetic flux interlinks with them can be ignored, and magnetic loss due to the induced current can be kept extremely low.

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 caused by the induced current in the magnetic microparticles can be ignored because the particle size of the magnetic microparticles is small. Even if an induced current occurs in each magnetic microparticle, the particles are so small that it does not follow the magnetic flux change and result in a resistance loss. To take advantage of the effect of such particles, it is preferable to use magnetic microparticles that are 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。 The magnetic microparticles, such as Fe microparticles, 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 microparticles, magnetic microparticles with a particle size of 2 μm or less can be sufficiently used as the material for the magnetic composite material body 22 of an inductor used in the frequency band of 0.1 to 1 GHz. Note that the magnetic microparticles are not limited to being spherical, and may be other shapes such as ellipsoidal, 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。 Here, the first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 are disk-shaped flat plates. 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 of the coils 21 when viewed from above. It is also preferable that the first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 have the same size, and in particular, 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 is formed by stacking a magnetic anisotropic film 11 having uniaxial magnetic anisotropy in the film plane and a magnetic anisotropic film 12 also having uniaxial magnetic anisotropy in the film plane with an insulating layer 13 sandwiched between them so that they are not magnetically coupled, and as described below, the magnetic anisotropy of these magnetic anisotropic films 11 and 12 is offset, resulting in magnetic isotropy in the film plane. The second magnetic unit 30 is also formed by stacking a magnetic anisotropic film 31 having uniaxial magnetic anisotropy in the film plane and a magnetic anisotropic film 32 also having uniaxial magnetic anisotropy in the film plane with an insulating layer 33 sandwiched between them so that they are not magnetically coupled, and the magnetic anisotropy of these magnetic anisotropic films 31 and 32 is offset, resulting in magnetic isotropy in the film plane.

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, 12 of the first magnetic unit 10 are both in-plane uniaxial magnetic anisotropic films and have a magnetic anisotropy constant K u1 , and the magnetic anisotropic films 31, 32 of the second magnetic unit 30 are both in-plane uniaxial magnetic anisotropic films and have a magnetic anisotropy constant K u2 . Here, in the first and second magnetic units 10, 30, the easy magnetization directions of the magnetic anisotropic films 11, 31 on one side and the easy magnetization directions of the magnetic anisotropic films 12, 32 on the other side are orthogonal to each other. However, since the first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 are not magnetically coupled, the easy magnetization directions of the magnetic anisotropic film 12 and the magnetic anisotropic film 31 closest thereto may or may not intersect other than orthogonal.

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 with a small amplitude is applied in a direction at an angle θ in the film plane from the easy magnetization direction 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 u1 . The magnetic permeability μ (θ) of the ferromagnetic thin film laminate is μ 1 (θ) + μ 2 (θ). Note that 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, 30, if the specifications of one magnetic anisotropic film 11, 31 and the other magnetic anisotropic film 12, 32 are the same, then Ms1 = Ms2 = Ms and Ku1 = Ku2 = Ku , so in μ1 (θ) + μ2 (θ), the coefficient consisting of trigonometric functions disappears and it becomes Ms /2Ku, which eliminates the dependence on the incident angle θ of the high-frequency magnetic field Hex and becomes a constant, and the distribution of magnetic permeability becomes completely isotropic within the film surface. On the other hand, if the specifications of each magnetic anisotropic film 11, 12, 31, 32 do not match due to variations in the manufacturing process, and K u1 ≠ K u2 , or M s1 ≠ M s2 and K u1 ≠ K u2 , the distribution of magnetic permeability will not be completely isotropic but will remain isotropic, but since it will be roughly isotropic, this will not be a major 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 has been known for some time, for example, 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)).

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 order to ensure 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 may be multi-staged, i.e., the magnetic anisotropic films 11, 12 in the first magnetic unit 10 and the magnetic anisotropic films 31, 32 in the second magnetic unit 30 may both 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, 31 of the first and second magnetic units 10, 30 is made of, for example, a nanogranular film, but it is not limited to being made of a nanogranular film as long as it is a uniaxial magnetic anisotropic film in the film plane. However, if the magnetic anisotropic films 11, 31 are made of a nanogranular film, it has the advantage that the electrical resistivity is high and magnetic resonance is possible up to several GHz in magnetic permeability. Note that the technology described in Non-Patent Document 1 uses a metal magnetic thin film with low resistivity.

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 herein are nanogranular films having a composition of (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 the group consisting of Pd and Pt, L1: 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-- CaF2 , CoPd-- MgF2 , CoFePd-- CaF2 , CoFe-- CaF2 , CoFe-- BaF2 , and CoFe-- MgF2 .

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。 In addition, a and b, which determine the ratio of the metal (magnetic) portion of the nanogranular film that forms the magnetic anisotropic films 11 and 31, are preferably 0.5≦a≦1.0, 0≦b≦0.5 (a+b=1). Similarly, c and d, which determine the ratio of metal L1 and F (fluorine) in the insulating portion that forms this nanogranular film, are preferably 0.2≦c≦0.4, 0.6≦d≦0.8 (c+d=1). Furthermore, X, which determines the ratio of the metal portion to the insulating portion, is preferably 0.15≦X≦0.55 (all atomic ratios). These factors make it possible to 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。 The thickness of the magnetic anisotropic films 11 and 31 is not particularly limited, but if they are made of nanogranular films, it is preferable that the thickness be 100 nm or less in order to obtain high magnetic permeability properties.

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。 The thickness dependence of the magnetic permeability of nanogranular films is described in Non-Patent Document 2 (Masayuki Naoe, Yasushi Endo, Takamichi Miyazaki, Sho Muroga, Jingyan Ma, Shuichiro Hasa, Kazushi Ishiyama: "GHz-range high-frequency complex magnetic permeability and noise suppression effect of (CoPd-CaF2)/(CaF2) nanogranular laminated films," Institute of Electrical Engineers of Japan, 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 film 12, 32 of the first and second magnetic units 10, 30 is, for example, a nanogranular film, but is not limited to a nanogranular film as long as it is a film with in-plane uniaxial magnetic anisotropy. The magnetic anisotropic film 12, 32 is a nanogranular film having a composition of (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 the group consisting of Pd and Pt, L1: 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-- CaF2 , CoPd-- MgF2 , CoFePd-- CaF2 , CoFe-- CaF2 , CoFe-- BaF2 , and CoFe-- MgF2 .

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。 In addition, h and i, which determine the ratio of the metal (magnetic) portion of the nanogranular film that forms the magnetic anisotropic films 11 and 31, are preferably 0.5≦h≦1.0, 0≦i≦0.5 (h+i=1). Similarly, j and k, which determine the ratio of metal L2 and F (fluorine) in the insulating portion that forms this nanogranular film, are preferably 0.2≦j≦0.4, 0.6≦k≦0.8 (j+k=1). Furthermore, Y, which determines the ratio of the metal portion to the insulating portion, is preferably 0.15≦Y≦0.55 (all atomic ratios). These factors make it possible to 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。 The thickness of the magnetic anisotropic films 12, 32 is not particularly limited, but if they are made of nanogranular films, a thickness of 100 nm or less is preferable in order to obtain high magnetic permeability. In order to increase the permeance in the magnetic circuit of the inductor, and if it is necessary to increase the total cross-sectional area of the magnetic anisotropic films, the first and second magnetic units 10, 30 may be multi-staged, as described above.

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 addition, 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 may also form a periodic multilayer structure with a thin insulating film having a composition of L1cFd or L2jFk. In this periodic multilayer structure, the easy magnetization directions of the in-plane uniaxial anisotropy of the nanogranular film are all oriented in the same direction. The period is not particularly limited and can be, for example, 2 to 400 periods. In this embodiment, it is set to 5 periods.

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。 Furthermore, in order to realize the periodic multilayer structure of the magnetic anisotropic films 11, 12, 31, and 32, the component composition of the thin insulating film for separating the nanogranular films may include CaF2 , MgF2 , BaF2 , AlF3 , and GdF3 .

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。 As is clear from the above description, it is preferable that the nanogranular films constituting each of 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, so that the magnetic permeability in the in-plane direction of the ferromagnetic thin film laminate can be easily made isotropic, and isotropic magnetic properties can be easily obtained in the in-plane direction.

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. This prevents leakage flux that may occur in the in-plane magnetization easy direction of one magnetic anisotropic film 11, 31 from leaking to the outside by the other magnetic anisotropic film 12, 32, making it possible to improve the Q value. The magnetization direction of one magnetic anisotropic film 11, 31 and the magnetization direction of the other magnetic anisotropic film 12, 32 do not have to be perpendicular to each other, but it is preferable that they are 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, 33 are located between the magnetic anisotropic films 11, 12 of the first magnetic unit 10 and between the magnetic anisotropic films 31, 32 of the first magnetic unit 10, respectively, and separate the magnetic coupling between one magnetic anisotropic film 11, 31 and the other magnetic anisotropic film 12, 32.

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, and 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, 30 are configured in a multi-stage structure, it is necessary to provide an insulating layer having a thickness equivalent to that of the insulating layers 13, 33 between the magnetic anisotropic films 11, 12, 31, 32 adjacent to each other vertically so that they are not magnetically coupled.

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。 The insulating layers 13, 33 may have any non-ferromagnetic insulating component composition as long as they magnetically separate one magnetic anisotropic film 11, 31 from the other magnetic anisotropic film 12, 32, respectively. However, since they also function as an undercoat film for the magnetic anisotropic film 12, 32 located above the first or second magnetic unit 10, 30, respectively, it is preferable that they have the same component composition as the insulating portion of these magnetic anisotropic films 12, 32.

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 stacking a first magnetic unit 10, a magnetic composite inter-coil filler 20, and a second magnetic unit 30 in this order on a substrate 40. The first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 are each formed on an undercoat 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 conduction 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 may be provided between the magnetic composite inter-coil filler 20 and the first magnetic unit 10 (between the magnetic composite inter-coil filler 20 and the magnetic anisotropic film 12), and an insulating layer may be provided between the magnetic composite inter-coil filler 20 and the second magnetic unit 30 (between the magnetic composite inter-coil filler 20 and the base film 50) as necessary.

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 size of the substrate 40 may be the same as that of the magnetic units 10 and 30, or may be larger than the magnetic units 10 and 30. Furthermore, multiple sets of inductors 100 each consisting of a first magnetic unit 10, a magnetic composite inter-coil filler 20, and a second magnetic unit 30 may be formed on a large substrate 40, and multiple inductors 100 may be formed by cutting the substrate 40.

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 made of a general-purpose material such as ceramic (glass, magnesia, zirconia, sapphire, etc.) or a silicon substrate. An appropriate support may be used instead of the substrate 40. Furthermore, a device made of a 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。 The undercoat film 50 is also the undercoat film of the nanogranular film that constitutes one of the magnetic anisotropic films 11, 31 of the first and second magnetic units 10, 30, and therefore preferably has the same component composition as the magnetic or insulating portion of this nanogranular film. However, if the component composition is the same as the magnetic portion of this nanogranular film, for example, if the proportion of the metal (magnetic) portion is high, the undercoat film 50 will have ferromagnetic properties, and will have a magnetic effect on the nanogranular film in addition to its effect as an undercoat film. Therefore, in this case, it is preferable to reduce the proportion of the metal (magnetic) portion so that the undercoat film 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 undercoat film 50 is preferably a nanogranular film having a composition of (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 the group consisting of Pd and Pt, L3: at least one selected from the group consisting of Li, Mg, Al, Ca, Sr, Ba, Gd, and Y). In this case, 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 undercoat film 50 is a single L3rFs layer. The thickness of the undercoat film 50 is preferably more than 0 nm and less than 500 nm, and 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。 Because the undercoat film 50 has electrical insulation properties, the undercoat film 50 of the second magnetic unit 30 can be used as an insulating film that blocks electrical conduction between the coil 12 and the second magnetic unit 30 described above. In addition, for the first magnetic unit 10, an insulating film 51 made of a nanogranular film of the same composition as the undercoat film 50 is provided on the upper surface of the magnetic anisotropic film 12 to block electrical conduction between the coil 12 and the first magnetic unit 10.

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 nanogranular films of the first and second magnetic units 10, 30 have a high resistivity in the high frequency band of 100 MHz to several hundred MHz compared to the laminate of a magnetic film and an insulating layer disclosed in Patent Document 2 and other documents, and suppress the leakage of magnetic flux generated from the coil 21 to the outside. This makes it possible to suppress losses due to the generation of leakage current, and makes it possible to obtain an inductor with a large Q value in the frequency band of 100 MHz to several hundred MHz compared to the technologies described in Patent Documents 1 and 2 and other documents.

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。 Below, an example of the inductor 100 according to an embodiment of the present invention was analyzed using electromagnetic field analysis software using the three-dimensional finite element method ("HFSS" manufactured by Ansoft Japan Co., Ltd.).

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 length of 1.0 mm and a thickness of 50 μm. The coil 21 was assumed to be a copper wire with two turns, a line width of 30 μm, and a line spacing of 100 μm. The magnetic composite inter-coil filler 20 was formed by filling the composite magnetic material 22 evenly between the coils 21 and in the outer region of the coils 21 with carbonyl iron powder and epoxy resin in a volume ratio of 1:1 using 10.3 volume% HCl as a solvent, and then heating it 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.

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。図3において、実線は複素比透磁率の実数成分であるμ’を表しており、破線は複素比透磁率の虚数成分であるμ’’を表している。 Assuming that the magnetic anisotropic films 11, 12, 31, and 32 are made of nanogranular films of Co35Fe65PdCaF, the frequency characteristics of the complex relative permeability and loss factor of the first magnetic unit 10 and the second magnetic unit 30 were measured using the results shown in Figures 3 and 4. In Figure 3, the solid line represents μ', which is the real component of the complex relative permeability, and the dashed line represents μ'', which is the imaginary component of the complex relative permeability.

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。 Comparative Example 1 was an inductor that did not have the first magnetic unit 10 and second magnetic unit 30 of Example 1, and consisted only of magnetic composite inter-coil filler 20. Comparative Example 2 was an air-core inductor that did not have the first magnetic unit 10 and second magnetic unit 30 of Example 1, and the portion occupied by the magnetic composite body 22 was space. These Comparative Examples 1 and 2 were also analyzed in the same manner as the Examples. 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, it was found that the inductance L of the embodiment is approximately 1.3 times larger than that of Comparative Example 1 and approximately 1.5 times larger than that of Comparative Example 2 over the entire frequency range f of 100 MHz to 1000 MHz. This is believed 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。 Also, as shown in FIG. 6, the equivalent series resistance Rs of the embodiment is higher than those of comparative examples 1 and 2 at frequencies f of about 200 MHz or higher due to the influence of the iron loss of each magnetic material, but is lower than those of comparative examples 1 and 2 at frequencies f of about 200 MHz or lower due to the influence of 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 embodiment is larger than those of comparative examples 1 and 2 when the frequency f is about 300 MHz or less, and is about 1.3 times larger than that of comparative example 1 and about 1.5 times larger than that of comparative example 2 when the frequency f is about 200 MHz. In addition, it is found that the Q value of the embodiment is about 1.5 times larger than that of comparative example 1 and about 1.8 times larger than 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 present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims.

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 (uniaxial magnetic anisotropic film in the film plane), 12...other magnetic anisotropic film (uniaxial magnetic anisotropic film in the film plane), 13...insulating layer, 20...magnetic composite material inter-coil filler, 21...coil, 22...magnetic composite material body, 30...second magnetic unit, 31...one magnetic anisotropic film (uniaxial magnetic anisotropic film in the film plane), 32...other magnetic anisotropic film (uniaxial magnetic anisotropic film in the film plane), 33...insulating layer, 40...substrate, 50...undercoat film, 51...insulating film, 100...inductor.

Claims (4)

第1磁気ユニット、平面型のコイルおよび前記コイルの線間に充填され、磁性微粒子と絶縁材料とを複合してなる磁性複合材料を備える平板状の磁性複合材料コイル間充填体並びに第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、
前記第1磁気ユニット及び前記第2磁気ユニットのそれぞれにおいて、前記2層の膜面内一軸磁気異方性膜は互いに磁気結合せず、前記2層の膜面内一軸磁気異方性膜の磁気異方性は相殺され、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全体として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 spiral inductor in which a first magnetic unit, a planar coil, a plate-shaped magnetic composite material inter-coil filler having a magnetic composite material formed by combining magnetic fine particles and an insulating material and filled between the wires of the coil, and a second magnetic unit are laminated in this order,
Each of the first magnetic unit and the second magnetic unit is formed by stacking two layers of in-plane uniaxial magnetic anisotropy films having different magnetization easy directions with an insulating layer sandwiched therebetween,
An inductor characterized in that in each of the first magnetic unit and the second magnetic unit, the two-layer in-plane uniaxial magnetic anisotropy film are not magnetically coupled to each other, the magnetic anisotropy of the two-layer in-plane uniaxial magnetic anisotropy film is canceled out, and the first magnetic unit and the second magnetic unit are each magnetically isotropic as a whole in the film plane.
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。 The inductor according to claim 1, characterized in that the two layers of in-plane uniaxial magnetic anisotropy film are each 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 inductor according to claim 1 or 2, characterized in that the easy magnetization direction of one of the two in-plane uniaxial magnetic anisotropy films is perpendicular to the easy magnetization direction of the other of the two in-plane uniaxial magnetic anisotropy films. 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3に記載のインダクタ。
The one of the in-plane uniaxial magnetic anisotropy films is a nanogranular film having a composition of (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 the group consisting 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)),
4. The inductor according to claim 3, wherein the other in-plane uniaxial magnetic anisotropy film is a nanogranular film having a composition of (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 the group consisting 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 (all atomic ratios)).
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