JP2000306733A - 磁気素子用フェライト磁性膜 - Google Patents
磁気素子用フェライト磁性膜Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】Ｓｉ基板上にペースト状の酸化物磁性膜を塗布
した後、焼成した構造を有する磁気素子用フェライト磁
性膜において、Ｓｉ基板とフェライト磁性膜との密着強
度を高めて磁気素子の信頼性を向上させる。 【解決手段】フェライト磁性層の組成がＦｅ2Ｏ3：４０
〜５０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１５〜３５ｍｏｌ％、Ｃｕ
Ｏ：０〜２０ｍｏｌ％、Ｂｉ2Ｏ3：０〜１０ｍｏｌ％、
残部はＮｉＯ及び不可避不純物からなる磁性槽のＳｉ基
板表面に接する界面近傍のフェライト磁性層にＣｕＯ濃
度が５ｍｏｌ％以下の領域を形成する。
した後、焼成した構造を有する磁気素子用フェライト磁
性膜において、Ｓｉ基板とフェライト磁性膜との密着強
度を高めて磁気素子の信頼性を向上させる。 【解決手段】フェライト磁性層の組成がＦｅ2Ｏ3：４０
〜５０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１５〜３５ｍｏｌ％、Ｃｕ
Ｏ：０〜２０ｍｏｌ％、Ｂｉ2Ｏ3：０〜１０ｍｏｌ％、
残部はＮｉＯ及び不可避不純物からなる磁性槽のＳｉ基
板表面に接する界面近傍のフェライト磁性層にＣｕＯ濃
度が５ｍｏｌ％以下の領域を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気素子用フェラ
イト磁性膜に関し、特に、Ｓｉ基板との密着性を高めた
磁気素子用フェライト磁性膜に関する。
イト磁性膜に関し、特に、Ｓｉ基板との密着性を高めた
磁気素子用フェライト磁性膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】電池で駆動される小型携帯機器は、従来
から小型・軽量化の要求が強かったが、最近は特に、マ
ルチメディア化に対応するため、通信機能や表示機能の
充実、あるいは画像を含む大量情報の高速処理等が求め
られている。それに伴い、電池からの単一電圧を様々な
搭載デバイス、例えばＣＰＵ、ＬＣＤモジュール、通信
用パワーアンプ等に必要な複数の電圧レベルまで変換す
る電源の需要が増大してきた。携帯機器の小型化・軽量
化と高機能化を両立させるためには、この小型・高効率
化が重要な課題となっている。
から小型・軽量化の要求が強かったが、最近は特に、マ
ルチメディア化に対応するため、通信機能や表示機能の
充実、あるいは画像を含む大量情報の高速処理等が求め
られている。それに伴い、電池からの単一電圧を様々な
搭載デバイス、例えばＣＰＵ、ＬＣＤモジュール、通信
用パワーアンプ等に必要な複数の電圧レベルまで変換す
る電源の需要が増大してきた。携帯機器の小型化・軽量
化と高機能化を両立させるためには、この小型・高効率
化が重要な課題となっている。
【０００３】このような状況の下で、入力直流電圧を半
導体スイッチによって断続的に制御し、安定した所望の
電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータが数多く使用され
ている。日本応用磁気学会誌２０、Ｎｏ．５（１９９
６）：ｐ９２２には薄膜磁性膜を用いた平面型インダク
タを搭載した電源が記載されている。また、特開平９−
１３４８２０号公報には平面コイルを絶縁体を介して軟
磁性体で挾持した平面磁性体であって、平面コイル導体
を複数に分割された導体ラインによって構成した平面型
磁気素子（インダクタ等）が開示されている。これらは
薄型化に適しており、携帯機器等特に小型・薄型化が要
求される分野でその実用化が期待されている。
導体スイッチによって断続的に制御し、安定した所望の
電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータが数多く使用され
ている。日本応用磁気学会誌２０、Ｎｏ．５（１９９
６）：ｐ９２２には薄膜磁性膜を用いた平面型インダク
タを搭載した電源が記載されている。また、特開平９−
１３４８２０号公報には平面コイルを絶縁体を介して軟
磁性体で挾持した平面磁性体であって、平面コイル導体
を複数に分割された導体ラインによって構成した平面型
磁気素子（インダクタ等）が開示されている。これらは
薄型化に適しており、携帯機器等特に小型・薄型化が要
求される分野でその実用化が期待されている。
【０００４】しかしながら、上記平面形インダクタは６
〜７μｍの金属膜をスパッタ法などで成膜するため、従
来の焼結フェライトコアに導線を巻いた型のインダクタ
に比べて大幅なコストアップが避けられなく、このこと
が商品化を遅らせる大きな要因となっていた。この課題
を解決する技術として本発明者らは磁性膜を印刷法など
で成膜したフェライト磁性膜で置き換えることを既に提
案している（特開平１１−２６２３９号公報）。
〜７μｍの金属膜をスパッタ法などで成膜するため、従
来の焼結フェライトコアに導線を巻いた型のインダクタ
に比べて大幅なコストアップが避けられなく、このこと
が商品化を遅らせる大きな要因となっていた。この課題
を解決する技術として本発明者らは磁性膜を印刷法など
で成膜したフェライト磁性膜で置き換えることを既に提
案している（特開平１１−２６２３９号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この技術を用
いた場合、基板であるＳｉとフェライト磁性膜との密着
強度をさらに向上させることが好ましかった。密着性が
十分でないと、製造工程中に剥離が発生し、製品の信頼
性に問題が生じる恐れがある。本発明は、Ｓｉ基板とフ
ェライト磁性膜との密着強度を高めて薄型磁気素子の信
頼性を向上させることを目的とする。
いた場合、基板であるＳｉとフェライト磁性膜との密着
強度をさらに向上させることが好ましかった。密着性が
十分でないと、製造工程中に剥離が発生し、製品の信頼
性に問題が生じる恐れがある。本発明は、Ｓｉ基板とフ
ェライト磁性膜との密着強度を高めて薄型磁気素子の信
頼性を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、Ｓｉ基板上に形成される磁気素子用フェラ
イト磁性膜であって、該磁性膜の少なくともＳｉ基板表
面に接する部分のフェライト磁性層のＣｕＯ濃度を５ｍ
ｏｌ％以下にしたことを特徴とする磁気素子用フェライ
ト磁性膜である。
の本発明は、Ｓｉ基板上に形成される磁気素子用フェラ
イト磁性膜であって、該磁性膜の少なくともＳｉ基板表
面に接する部分のフェライト磁性層のＣｕＯ濃度を５ｍ
ｏｌ％以下にしたことを特徴とする磁気素子用フェライ
ト磁性膜である。
【０００７】磁性膜中のＳｉ基板に接する部分のＣｕＯ
濃度を５ｍｏｌ％以下とした理由は以下の通りである。
密着性について鋭意研究を重ねた結果、磁性膜とＳｉ基
板の密着強度を低下させている大きな理由が磁性膜中の
Ｃｕと基板Ｓｉが反応して界面に析出したＣｕ−Ｓｉリ
ッチな相にあり、この析出相の量を下げることによって
密着強度を高めることができることを見出した。この場
合少なくともＳｉ基板に接する界面近傍のフェライト磁
性膜中ＣｕＯ濃度が５ｍｏｌ％以下であることが必要で
あり、５ｍｏｌ％を越えるとＣｕ−Ｓｉリッチな相が多
く析出し、密着強度が低下する。したがって、界面近傍
のＣｕＯ濃度を５ｍｏｌ％以下に規定した。このときフ
ェライト磁性膜全体でのＣｕＯ濃度を５ｍｏｌ％以下に
してもよいが、界面近傍のみをＣｕＯ５ｍｏｌ％以下に
して、それ以外の部分は５ｍｏｌ％を越えるようにして
もよい。
濃度を５ｍｏｌ％以下とした理由は以下の通りである。
密着性について鋭意研究を重ねた結果、磁性膜とＳｉ基
板の密着強度を低下させている大きな理由が磁性膜中の
Ｃｕと基板Ｓｉが反応して界面に析出したＣｕ−Ｓｉリ
ッチな相にあり、この析出相の量を下げることによって
密着強度を高めることができることを見出した。この場
合少なくともＳｉ基板に接する界面近傍のフェライト磁
性膜中ＣｕＯ濃度が５ｍｏｌ％以下であることが必要で
あり、５ｍｏｌ％を越えるとＣｕ−Ｓｉリッチな相が多
く析出し、密着強度が低下する。したがって、界面近傍
のＣｕＯ濃度を５ｍｏｌ％以下に規定した。このときフ
ェライト磁性膜全体でのＣｕＯ濃度を５ｍｏｌ％以下に
してもよいが、界面近傍のみをＣｕＯ５ｍｏｌ％以下に
して、それ以外の部分は５ｍｏｌ％を越えるようにして
もよい。
【０００８】このようなフェライト磁性膜の製造方法と
しては、Ｓｉ基板上にＣｕＯが５ｍｏｌ％以下の組成の
フェライトを第１層として印刷し、第２層目以降をＣｕ
Ｏが５ｍｏｌ％を越える組成のフェライトを印刷すれば
よい。このとき１層目（ＣｕＯ５ｍｏｌ％以下）の厚み
は印刷条件によって変わるが、通常、１μｍ程度が限界
である。したがって現実的には界面から厚さ１μｍ程度
の範囲でＣｕＯが５ｍｏｌ％以下であるフェライト層を
実現することとすればよい。
しては、Ｓｉ基板上にＣｕＯが５ｍｏｌ％以下の組成の
フェライトを第１層として印刷し、第２層目以降をＣｕ
Ｏが５ｍｏｌ％を越える組成のフェライトを印刷すれば
よい。このとき１層目（ＣｕＯ５ｍｏｌ％以下）の厚み
は印刷条件によって変わるが、通常、１μｍ程度が限界
である。したがって現実的には界面から厚さ１μｍ程度
の範囲でＣｕＯが５ｍｏｌ％以下であるフェライト層を
実現することとすればよい。
【０００９】フェライト磁性層のＳｉとの界面近傍のＣ
ｕＯが５ｍｏｌ％以下であれば基板と磁性膜の密着強度
は確保されるが、このときの磁性層の組成が全膜平均
で、Ｆｅ2Ｏ3：４０〜５０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１５〜３
５ｍｏｌ％、ＣｕＯ：０〜２０ｍｏｌ％、Ｂｉ2Ｏ3：０
〜１０ｍｏｌ％、残部はＮｉＯ及び不可避不純物からな
るスピネル型フェライトで構成されていると好ましい。
磁性膜の組成を上記のように限定した理由は以下の通り
である。
ｕＯが５ｍｏｌ％以下であれば基板と磁性膜の密着強度
は確保されるが、このときの磁性層の組成が全膜平均
で、Ｆｅ2Ｏ3：４０〜５０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１５〜３
５ｍｏｌ％、ＣｕＯ：０〜２０ｍｏｌ％、Ｂｉ2Ｏ3：０
〜１０ｍｏｌ％、残部はＮｉＯ及び不可避不純物からな
るスピネル型フェライトで構成されていると好ましい。
磁性膜の組成を上記のように限定した理由は以下の通り
である。
【００１０】Ｆｅ2Ｏ3：４０〜５０ｍｏｌ％ Ｆｅ2Ｏ3が５０ｍｏｌ％を越えるとＦｅ2+イオンの存在
により電気抵抗値が急激に低下する。電気抵抗値の低下
はフェライトコアの損失を急増させてしまう。また、Ｆ
ｅ2Ｏ3が４０ｍｏｌ％未満になるとインダクタンスの劣
化が大きいため、Ｆｅ2Ｏ3を４０〜５０ｍｏｌ％とし
た。
により電気抵抗値が急激に低下する。電気抵抗値の低下
はフェライトコアの損失を急増させてしまう。また、Ｆ
ｅ2Ｏ3が４０ｍｏｌ％未満になるとインダクタンスの劣
化が大きいため、Ｆｅ2Ｏ3を４０〜５０ｍｏｌ％とし
た。
【００１１】ＺｎＯ：１５〜３５ｍｏｌ％ ＺｎＯはインダクタンスとキュリー温度に大きな影響を
与える。ＺｎＯが１５ｍｏｌ％未満ではキュリー温度は
高いもののインダクタンスが低下する。一方、ＺｎＯが
３５ｍｏｌ％を越えるとインダクタンスは高いものの、
キュリー温度が低下する。従ってＺｎＯは１５〜３５ｍ
ｏｌ％に限定した。
与える。ＺｎＯが１５ｍｏｌ％未満ではキュリー温度は
高いもののインダクタンスが低下する。一方、ＺｎＯが
３５ｍｏｌ％を越えるとインダクタンスは高いものの、
キュリー温度が低下する。従ってＺｎＯは１５〜３５ｍ
ｏｌ％に限定した。
【００１２】ＣｕＯ：０〜２０ｍｏｌ％ ＣｕＯは焼成温度を下げるために加える。界面近傍では
上述のようなＣｕＯを５ｍｏｌ％以下とする濃度限定で
はあるが、それ以外の部分では０〜２０ｍｏｌ％の範囲
にあることが望ましい。２０ｍｏｌ％を越えると焼成温
度は低下するがインダクタンスが劣化するため上限を２
０ｍｏｌ％とした。焼成温度低下を期待する必要がない
ときには添加しないので不可避量を除き下限は０％とし
た。なお、この場合界面近傍もＣｕＯを添加しない。
上述のようなＣｕＯを５ｍｏｌ％以下とする濃度限定で
はあるが、それ以外の部分では０〜２０ｍｏｌ％の範囲
にあることが望ましい。２０ｍｏｌ％を越えると焼成温
度は低下するがインダクタンスが劣化するため上限を２
０ｍｏｌ％とした。焼成温度低下を期待する必要がない
ときには添加しないので不可避量を除き下限は０％とし
た。なお、この場合界面近傍もＣｕＯを添加しない。
【００１３】Ｂｉ2Ｏ3：０〜１０ｍｏｌ％ Ｂｉ2Ｏ3はＣｕＯと同じく焼成温度を低下する効果があ
る。１０ｍｏｌ％を越えると焼成温度は低下するがイン
ダクタンスが劣化するため上限を１０ｍｏｌ％とした。
焼成温度低下を期待する必要のないときには添加しな
い。
る。１０ｍｏｌ％を越えると焼成温度は低下するがイン
ダクタンスが劣化するため上限を１０ｍｏｌ％とした。
焼成温度低下を期待する必要のないときには添加しな
い。
【００１４】本発明のフェライト磁性膜の製造方法は特
に限定されないが、所定の組成になるように調整された
フェライト粉とエチルセルロースなどのバインダとを混
合してペーストとし、これをＳｉ基板上に塗布した後、
９２０〜１２５０℃で焼成することが好ましい。フェラ
イト粉とバインダの混合時には、必要に応じてブチルカ
ルビトールやチルビオネールなどの溶剤を添加してもよ
い。また、Ｓｉ基板上へのペーストの塗布方法も特には
限定されず、スクリーン印刷法、ドクターブレード法な
どを例示できる。このような方法で成膜したフェライト
の表面にめっき法などを用いて平面構造のコイルパター
ンを形成し、パターンの形成面上に同じくフェライト磁
性膜や金属系磁性膜を成膜することによってトランスや
インダクタなどの磁気素子とすることができる。
に限定されないが、所定の組成になるように調整された
フェライト粉とエチルセルロースなどのバインダとを混
合してペーストとし、これをＳｉ基板上に塗布した後、
９２０〜１２５０℃で焼成することが好ましい。フェラ
イト粉とバインダの混合時には、必要に応じてブチルカ
ルビトールやチルビオネールなどの溶剤を添加してもよ
い。また、Ｓｉ基板上へのペーストの塗布方法も特には
限定されず、スクリーン印刷法、ドクターブレード法な
どを例示できる。このような方法で成膜したフェライト
の表面にめっき法などを用いて平面構造のコイルパター
ンを形成し、パターンの形成面上に同じくフェライト磁
性膜や金属系磁性膜を成膜することによってトランスや
インダクタなどの磁気素子とすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明を実施例によりさら
に詳細に説明する。 （実施例１）Ｓｉ基板上に１層目厚さ７μｍ、２層目厚
さ３０μｍ（いずれも焼成後の膜厚）でフェライトを印
刷し、９２０〜１２５０℃で大気中で焼成した。２層目
のＣｕＯ濃度は１５ｍｏｌ％に固定し、１層目のＣｕＯ
濃度を表１に示すように０〜１５ｍｏｌ％の範囲で変化
させた。各サンプル１００個（パターン形状は５×５
（ｍｍ））を温度８５℃、湿度９８％ＲＨの雰囲気中に
４時間放置した後、粘着テープ試験により剥離が生じな
かった個数を求めた。結果を表１に示す。表１からＳｉ
基板側第１層目フェライト中のＣｕＯ濃度が５ｍｏｌ％
以下のサンプルは表面剥離の生じなかったサンプルが７
５％以上であり、Ｓｉ基板とフェライト磁性膜の接着が
良好であることがわかる。
に詳細に説明する。 （実施例１）Ｓｉ基板上に１層目厚さ７μｍ、２層目厚
さ３０μｍ（いずれも焼成後の膜厚）でフェライトを印
刷し、９２０〜１２５０℃で大気中で焼成した。２層目
のＣｕＯ濃度は１５ｍｏｌ％に固定し、１層目のＣｕＯ
濃度を表１に示すように０〜１５ｍｏｌ％の範囲で変化
させた。各サンプル１００個（パターン形状は５×５
（ｍｍ））を温度８５℃、湿度９８％ＲＨの雰囲気中に
４時間放置した後、粘着テープ試験により剥離が生じな
かった個数を求めた。結果を表１に示す。表１からＳｉ
基板側第１層目フェライト中のＣｕＯ濃度が５ｍｏｌ％
以下のサンプルは表面剥離の生じなかったサンプルが７
５％以上であり、Ｓｉ基板とフェライト磁性膜の接着が
良好であることがわかる。
【００１６】
【表１】
【００１７】（実施例２）Ｓｉ基板上に表２に示す組成
および構造のフェライトを下層磁性膜として印刷・焼成
することによって成膜した。このとき１層目の組成は適
合例５〜１５ではＦｅ2Ｏ3／ＺｎＯ／ＣｕＯ／Ｂｉ2Ｏ3
＝４９／２３／０／０（ｍｏｌ％、残部ＮｉＯ）、比較
例４の第一層は、Ｆｅ2Ｏ3／ＺｎＯ／ＣｕＯ／Ｂｉ2Ｏ3
＝４９／２３／８／５（ｍｏｌ％、残部ＮｉＯ）とし、
１層目の厚みを５μｍとし、２層目の組成は表２に示す
とおりで厚みは３０μｍとした。その上にスパイラル状
平面型コイルを銅メッキで付け、上層磁性膜はＦｅ59Ｃ
ｏ20Ｂ14Ｃ7のアモルファス膜(６μｍ)としてインダク
タとした。それぞれの場合について５ＭＨｚでのインダ
クタンスとキュリー温度を測定し、表２にまとめた。な
お、各サンプルについて、温度８５℃、湿度９８％ＲＨ
の雰囲気中に４時間放置後、粘着テープ試験を行ったと
ころ、適合例５〜１５のサンプルには剥離は生じなかっ
たが、比較例４では剥離が生じた。表２から、Ｓｉ基板
の表面に接する部分のＣｕＯ濃度を５ｍｏｌ％以下、か
つ、フェライト磁性膜の組成が全膜平均で、Ｆｅ2Ｏ3：
４０〜５０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１５〜３５ｍｏｌ％、Ｃ
ｕＯ：０〜２０ｍｏｌ％、Ｂｉ2Ｏ3：０〜１０ｍｏｌ
％、残部はＮｉＯである適合例は、インダクタンス、キ
ュリー温度がともに高く、磁気素子として優れているこ
とがわかる。
および構造のフェライトを下層磁性膜として印刷・焼成
することによって成膜した。このとき１層目の組成は適
合例５〜１５ではＦｅ2Ｏ3／ＺｎＯ／ＣｕＯ／Ｂｉ2Ｏ3
＝４９／２３／０／０（ｍｏｌ％、残部ＮｉＯ）、比較
例４の第一層は、Ｆｅ2Ｏ3／ＺｎＯ／ＣｕＯ／Ｂｉ2Ｏ3
＝４９／２３／８／５（ｍｏｌ％、残部ＮｉＯ）とし、
１層目の厚みを５μｍとし、２層目の組成は表２に示す
とおりで厚みは３０μｍとした。その上にスパイラル状
平面型コイルを銅メッキで付け、上層磁性膜はＦｅ59Ｃ
ｏ20Ｂ14Ｃ7のアモルファス膜(６μｍ)としてインダク
タとした。それぞれの場合について５ＭＨｚでのインダ
クタンスとキュリー温度を測定し、表２にまとめた。な
お、各サンプルについて、温度８５℃、湿度９８％ＲＨ
の雰囲気中に４時間放置後、粘着テープ試験を行ったと
ころ、適合例５〜１５のサンプルには剥離は生じなかっ
たが、比較例４では剥離が生じた。表２から、Ｓｉ基板
の表面に接する部分のＣｕＯ濃度を５ｍｏｌ％以下、か
つ、フェライト磁性膜の組成が全膜平均で、Ｆｅ2Ｏ3：
４０〜５０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１５〜３５ｍｏｌ％、Ｃ
ｕＯ：０〜２０ｍｏｌ％、Ｂｉ2Ｏ3：０〜１０ｍｏｌ
％、残部はＮｉＯである適合例は、インダクタンス、キ
ュリー温度がともに高く、磁気素子として優れているこ
とがわかる。
【００１８】
【表２】
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、Ｓｉ基板とフェライト
磁性層の密着強度が大きく、従来よりも信頼性に優れた
磁気素子用フェライト磁性膜が得られる。
磁性層の密着強度が大きく、従来よりも信頼性に優れた
磁気素子用フェライト磁性膜が得られる。
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｓｉ基板上に形成される磁気素子用フェ
ライト磁性膜であって、該磁性膜の少なくとも前記Ｓｉ
基板表面に接する部分のＣｕＯ濃度を５ｍｏｌ％以下と
したことを特徴とする磁気素子用フェライト磁性膜。 - 【請求項２】 前記フェライト磁性膜の組成が全膜平均
でＦｅ2Ｏ3：４０〜５０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１５〜３５
ｍｏｌ％、ＣｕＯ：０〜２０ｍｏｌ％、Ｂｉ 2Ｏ3：０〜
１０ｍｏｌ％、残部はＮｉＯ及び不可避不純物からなる
請求項１に記載の磁気素子用フェライト磁性膜。 - 【請求項３】 前記フェライト磁性膜がフェライト粉を
含有するペーストをＳｉ基板上に塗布した後、焼成して
なることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気素子
用フェライト磁性膜。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11111065A JP2000306733A (ja) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | 磁気素子用フェライト磁性膜 |
| US09/548,344 US6383626B1 (en) | 1999-04-19 | 2000-04-12 | Magnetic ferrite film for magnetic devices |
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