专利名称：软磁性部件、电磁波控制板及软磁性部件的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种在超过800MHz的高频带上表现出大的复导磁率的软磁性部件及其制造方法。另外，本发明还涉及适合用于信息通信设备中的电磁波控制板。
背景技术：
信息通信设备有小型化的趋势，并且所使用的电波频带正在向高频方向转变。在此之前，人们一直在寻求利用介电常数的元件高性能化。另一方面，在利用邻域的电磁波来谋求效率改善的场合下，可以期待利用介电常数的高性能化。以往，在800MHz以上高频带的磁性体导磁率，因为只表现出远比在相对低频区域中的导磁率更小的值，所以没有积极地利用导磁率，而一直在高频部件中主要使用电介质。但是，就包括天线的高频部件而言，对于因介电常数的利用而得到的特性改善已出现临界，难以期望飞跃性的效率改善。
另一方面，改善在千兆Hz频带(下面，称为「GHz频带」)之类的高频中的导磁率，其研究也有所进展。
例如，这种多层膜在GHz频带上表现出良好的复导磁率，已为众所周知(NTT R&D，Vol.42 No.5(1993)，pp689-696)，该多层膜的构造为采用离子束溅射法在基片上使磁性体层和非磁性体层(SiO2)交互叠层。在此，为实现高导磁率，磁致伸缩小是有利的。为此，例如人们提出通过使Fe(磁致伸缩负)和NiFe合金(磁致伸缩正)相互扩散来控制磁致伸缩使之变小的磁性体层。另外，象CoNbZr膜那样已做出下述工作，这就是在磁致伸缩小的膜上施以磁致热处理附加感应各向异性，直至GHz频带保持高导磁率。还有，各向异性在实施磁致热处理之外，也可以通过形成精细图形来附加。(日本应用磁气学会志，Vol.24(2000)pp 731-734)。
以上在GHz频带中的高导磁率化技术，在基片上制成软磁性膜之后，通过实施磁致热处理赋予感应各向异性或者形成精细图形赋予形状各向异性，使各向异性磁场增加，成为高频化。但是上述技术，必须使用硬质基片材料，并且为了附加各向异性而必须实施高价的热处理和加工。因此，严重受到形状及价格的制约，成为实用化的阻碍。
发明内容
本发明是根据这种技术性课题而做出的，其课题为提供一种不用实行下述处理而无需达到在超过800MHz高频带上的高导磁率化进而不使用硬质基片材料的软磁性部件，上述处理是施以磁致热处理赋予感应各向异性，或者形成精细图形，赋予形状各向异性之类的处理。
发明内容本发明提供一种由包含软磁性金属层的多个层来构成的软磁性部件，其特征为使软磁性金属层和其他层之间的磁性耦合得到提高。作为使软磁性金属层与其他层的磁性耦合得以提高所用的方法，本发明提出下述的第1～第3方法。
也就是说，按照第1方法，具备绝缘层、与绝缘层相对配置的基底金属层以及配设于基底金属层上的软磁性金属层，并在软磁性金属层的基底金属层侧形成与其他区域相比饱和磁通密度更大的区域(下面，有时称为「高饱和磁通密度区域」)。通过在基底金属层侧设置高饱和磁通密度区域，而可以增强软磁性金属层与基底金属层间的磁性耦合。
因而，若基底金属层采用与软磁性金属层相比各向异性磁场更大的材料来构成，则可以增大软磁性金属层的各向异性磁场。
在此，因为谐振频率具有与各向异性磁场的平方根成比例的关系，所以通过采用本发明的结构，能够达到在800MHz以上的高频带、进而GHz频带上的高导磁率化。为了享有这种效果，本发明软磁性金属层上的其他区域最好采用与高饱和磁通密度区域相比导磁率更高的材料来构成。
在本发明的软磁性部件中，基底金属层最好是与软磁性金属层相比顽磁力更大的材料。
本发明的软磁性部件既可以将包括绝缘层、基底金属层和软磁性金属层的部分作为单体来使用，也可以对多个该部分加以叠层来使用。
另外在本发明的软磁性部件中，也可以在绝缘层和基底金属层之间介入金属氧化层。
但是，作为软磁性金属的典型示例有包含Fe的合金，而该合金根据Fe浓度的不同其饱和磁通密度有所变动。具体而言，Fe浓度越高则饱和磁通密度越大。在此，假设软磁性金属层由指定成份的Fe-Ni合金构成，如果将与指定成份相比Fe浓度更高的合金区域设置在和基底金属层之间，则该区域与存在指定成份Fe-Ni合金的区域相比饱和磁通密度更大，因此能够使基底金属层与软磁性金属层之间的磁性耦合得到提高。
因此按照第2方法，具备第1区域，由树脂材料构成；第2区域，与第1区域相对配置由含有Fe并呈现软磁性的合金构成；第3区域，配置于第1区域和第2区域之间并采用与第2区域相比各向异性磁场更大的金属材料来构成，与此同时在第2区域和第3区域之间进一步配置与第2区域相比Fe浓度高的第4区域。按照第2方法，由于在第2区域和第3区域之间配置有与第2区域相比Fe浓度高的第4区域，因而可以提高第4区域和第3区域的磁性耦合。借此，也使第3区域和相当于软磁性金属层的第2区域之间的磁性耦合得到提高。
本发明的软磁性部件，由于第1区域由树脂材料构成，因而具有可挠性，在给各种机器配置时的操作是较为容易的。
在本发明中可以由含有Ni及/或Co和Fe的合金来构成第2区域及第4区域。也就是说，在本发明中包含第4区域呈现软磁性的形式。即使在这种场合下，作为前提第4区域方面与第2区域相比Fe浓度也更高。
如上所述，第2区域及第4区域可以由含有Ni及/或Co和Fe的合金构成，而第2区域及第4区域还可以由组成元素一致的合金构成。例如，在通过电解镀形成第2区域及第4区域的场合下，可以通过使用相同的电镀浴并控制电镀条件，来形成与第2区域相比Fe浓度更高的第4区域。此时，第2区域及第4区域采用组成元素一致的合金来构成。这样根据本发明，可以通过一次电解镀处理，就形成由组成元素一致的合金构成的第2区域及第4区域。但是，不言而喻，本发明中第2区域和第4区域也可以由不同组成元素的金属(合金)来构成。
如下所述，在第4区域中的Fe浓度可以设为朝向第3区域递增的形式。通过采用这种形式，而能够控制各向异性磁场的大小并控制复导磁率的频率特性。另外，因软磁性金属膜表面的Fe浓度相对变低，而可以改善耐蚀性。
在本发明的软磁性部件中，在对第2区域及第4区域采用含有Ni及/或Co和Fe的合金的场合下，可以由Ni或者指定成份的Ni合金来构成第3区域。
本发明的软磁性部件既可以将含有第1区域～第4区域的部分作为单体来使用，也可以对多个该部分加以叠层来使用。
按照第3方法，由于将基底金属层的厚度s和软磁性金属层4的厚度p的比例(p/s)设为某个范围内，因而将提高软磁性金属层和基底金属层之间的磁性耦合。也就是说，本发明提出一种软磁性部件并设为5≤p/s＜10且0＜s＜100nm，该软磁性部件具备绝缘层、与绝缘层相对配置的基底金属层以及配设于基底金属层上的软磁性金属层。
这种场合下，基底金属层最好也采用与软磁性金属层相比顽磁力或者各向异性磁场更大的材料来构成。
另外，在本发明的软磁性部件中最好由含有20～80wt％的Fe和Ni及/或Co的合金来构成软磁性金属层。
再者，本发明的软磁性部件包括多个由绝缘层、基底金属层和软磁性金属层组成的部分已被叠层的形式。
还有，也可以一并使用第3方法和第1方法，将软磁性金属层作为在基底金属层侧形成有下述区域的层，该区域与其他区域相比饱和磁通密度更大，与此同时将基底金属层的厚度设为s，将上述软磁性金属层的厚度设为p，此时设为5≤p/s＜10且0＜s＜100nm。
以上，有关本发明的软磁性部件已做出详细叙述。本发明的软磁性部件例如可以通过配设于携带电话机的内部，而有助于改进由天线所发出的电磁波向电话机外部的辐射效率。因此，本发明的软磁性部件是作为电磁波控制板来实现的。而且该电磁波控制板的特征为，具备基体，具有可挠性；导电金属层，固定于基体上；软磁性金属层，固定于导电金属层上并由Fe-Ni系合金组成，在导电金属层和软磁性金属层之间介入使导电金属层和软磁性金属层间的磁性耦合得以提高的组成物质，基体的厚度为25μm以下，导电金属层的厚度为100nm以下，软磁性金属层的厚度为1μm以下。
在本发明的电磁波控制板中，在导电金属层上例如可以使用纯Ni。
另外，在基体上最好使用PET(聚对苯二甲酸乙二酯树脂)或者PBT(聚对苯二甲酸丁二酯树脂)。
以提高软磁性金属层和其他层之间的磁性耦合为特征的本发明的软磁性部件，可以采用下面的制造方法适当予以制作。也就是说，本发明的软磁性部件具备工序(a)，用来在树脂薄膜上形成导电性金属膜；工序(b)，用来在导电性金属膜上通过电解镀形成含有Fe的软磁性金属膜，在工序(b)中可以采用下述软磁性部件的制造方法加以制造，即在软磁性金属膜的与导电性金属膜之间界面一侧形成与软磁性金属膜中的平均浓度相比Fe浓度更高的区域。在此，由于按照下述条件来实行电解镀，该条件的设定为软磁性金属膜的Fe浓度随着远离与导电性金属膜之间的界面位置而递减，因而可以在软磁性金属膜的与导电性金属膜之间界面一侧形成与软磁性金属膜中的平均浓度相比Fe浓度更高的区域。例如，可以按照使电解镀时的搅拌条件连续产生变化或者使电流密度连续产生变化之类的条件，来实行电解镀。
上面，有关在超过800MHz的高频带上适合使用的软磁性部件，已做出说明。根据本发明的软磁性部件，在800MHz以下如100MHz附近的频带上也可以使用。这种场合下，若将基底金属层的厚度设为s，将软磁性金属层的厚度设p，则可以设为4≤p/s≤15且100nm＜s≤1000nm。
图1是表示本实施方式中的软磁性部件的部分剖面图。
图2是表示构成图1所示软磁性部件的软磁性金属层结构示例的部分剖面图。
图3是表示构成图1所示软磁性部件的软磁性金属层其他结构示例的部分剖面图。
图4是表示构成图1所示软磁性部件的软磁性金属层其他结构示例的部分剖面图。
图5是表示从软磁性金属层与基底金属层之间界面开始的距离和软磁性金属层中Fe浓度的曲线图。
图6是表示对多个图1所示的软磁性部件进行叠层后的叠层软磁性部件结构的部分剖面图。
图7A～图7C表示的是图6所示的叠层软磁性部件的制造方法。图7A表示的是在树脂薄膜上形成基底金属层的情形。图7B表示的是在基底金属层上形成软磁性金属层的情形。图7C表示的是在使树脂薄膜和软磁性金属层相对的状态下对软磁性部件加以叠层的状况。
图8A～图8E表示的是图6所示的叠层软磁性部件其他制造方法。图8A表示的是在树脂薄膜上形成基底金属层的情形。图8B表示的是在基底金属层上形成软磁性金属层的情形。图8C表示的是在软磁性金属层上形成树脂层的情形。图8D是表示基底金属层、软磁性金属层及树脂层被叠层后的软磁性部件。图8E表示的是在使树脂层和基底金属层相对的状态下对软磁性部件加以叠层的状况。
图9表示的是在第1实施示例中采用条件a～c所制作出的软磁性部件Fe-Ni合金的、从与基底金属层之间界面开始的距离和Fe浓度之间的关系。
图10是表示采用第1实施示例的条件a～c所制作出的软磁性部件复导磁率虚数部分(μ”)的频率特性的曲线图。
图11是表示按照第2实施示例所得到的样品a～h结构的表格。
图12是表示在第2实施示例中样品a复导磁率测定结果的曲线图。
图13是表示在第2实施示例中样品b复导磁率测定结果的曲线图。
图14是表示在第2实施示例中样品c复导磁率测定结果的曲线图。
图15是表示在第2实施示例中样品d复导磁率测定结果的曲线图。
图16是表示在第2实施示例中样品e复导磁率测定结果的曲线图。
图17是表示在第2实施示例中样品f复导磁率测定结果的曲线图。
图18是表示在第2实施示例中样品g复导磁率测定结果的曲线图。
图19是表示在第2实施示例中样品h复导磁率测定结果的曲线图。
图20是表示在第2实施示例中样品a的B-H曲线的曲线图。
图21是表示在第2实施示例中样品b的B-H曲线的曲线图。
图22是表示在第2实施示例中样品c的B-H曲线的曲线图。
图23是表示在第2实施示例中样品d的B-H曲线的曲线图。
图24是表示在第2实施示例中样品e的B-H曲线的曲线图。
图25是表示在第2实施示例中样品g的B-H曲线的曲线图。
图26是表示制成厚度为19nm的Ni膜后的样品B-H曲线的曲线图。
图27是表示制成厚度为37nm的Ni膜后的样品B-H曲线的曲线图。
具体实施例方式
下面，有关本发明的实施方式予以说明。
图1是表示本实施方式中的软磁性部件的部分剖面图。
图1所示的软磁性部件(电磁波控制板)1由树脂薄膜2、在树脂薄膜2上所形成的基底金属层3以及在基底金属层3上所形成的软磁性金属层4构成。图2～图5是表示构成软磁性部件的软磁性金属层结构示例的部分剖面图。
作为绝缘层起作用的树脂薄膜2可以采用聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、蜜胺树脂、尿素树脂、酚醛树脂、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚砜、聚碳、聚四氟乙烯、聚酰胺亚胺、聚酰胺、聚烯烃、聚酰亚胺、PPS(聚苯硫醚)、氟树脂及硅氧树脂。其中，如下所述在叠层软磁性部件的制造过程中施以热处理的场合下，最好使用具有耐热性的树脂材料。
软磁性金属层4可以采用表现出磁性的过渡金属元素任一种或者由过渡金属元素和其他金属元素组成的合金来构成。作为具体示例是，以从Fe、Ni及Co所选择的至少一种元素为主要成分的合金，相当于Fe-Ni系合金、Fe-Co系合金、Fe-Ni-Co系合金及Co-Ni系合金。在它们之中，最好是饱和磁通密度为1.0T的合金，更为理想的是1.5T以上的合金。特别是在其中，最好是Fe含有量为20～80wt％(理想的是30～70wt％，更为理想的是40～65wt％)的Fe-Ni系合金、Fe-Co系合金及Fe-Co-Ni系合金。这种成份系列的合金其饱和磁通密度大，因各向异性控制而使各向异性磁场增大，有利于使谐振频率向高频侧转移。在这些合金中可含有从15at％以下的Nb、Mo、Ta、W、Zr、Mn、Ti、Cr、Cu及Co中所选择的至少一种元素。另外，虽然在通过电镀(电解或无电解)形成软磁性金属层4的场合下，将不可避免地包含C及S等元素，但是本发明的软磁性金属层4容许含有这种元素。
软磁性金属层4也可以是晶态合金及非晶态合金的任一状态。作为非晶态合金，可以使用Co系及Fe系的非晶态合金。另外，本发明也包含使用Fe系微晶合金的形式。微晶合金一般情况下作为下述合金已为众所周知，该合金由晶粒径为10nm左右的细微晶体来构成主体。
软磁性金属层4可以采用电镀、真空蒸镀法及溅射法等的各种膜形成工艺，加以制作。这些膜形成工艺可以单独实行。因此，既可以只采用电镀法来形成软磁性金属层4，也可以只采用蒸镀方法来形成软磁性金属层4。当然，也可以配合使用多种膜形成工艺。电镀法与真空蒸镀法相比能够在低温状态下形成膜，在这方面对于本发明来说是较为合适的。原因是，特别在树脂薄膜2上形成软磁性金属层4的场合下，最好不对树脂薄膜2产生热影响。另外，电镀法具有下述优点，即与溅射法相比可以在短时间内得到指定厚度的膜。还有，在采用电镀法得到软磁性金属层4的场合下，由于电镀浴中所含有的S等元素掺入软磁性金属层4中，因而可以与采用其他工艺得到的软磁性金属层4相区别。
作为基底金属层3最好选择与软磁性金属层4相比顽磁力(各向异性磁场)更大的材料。这样一来，可以使软磁性金属层4的各向异性磁场增大并加大GHz频带的铁磁谐振频率。其结果，可以使2GHz附近的μ’(复导磁率的实数部分)增大，同时减小μ”(复导磁率的虚数部分)。在携带通信设备所使用的频带上，越是μ’大且μ”小，电磁波的辐射效率改善效果越大。还有，即使在软磁性金属层4上形成由相同于基底金属层3的材质构成的层，也能够期望GHz频带的导磁率改善效果。在软磁性金属层4为Fe-Ni系合金的场合下，作为基底金属层3最好使用纯Ni。
基底金属层3在提高软磁性金属层4的各向异性磁场之外，还在通过电解镀于树脂薄膜2上形成软磁性金属层4的场合下，起到必要的作为导电层的作用。基底金属层3例如可以采用真空蒸镀法、溅射法或者无电解镀的方法来形成。
下面，有关软磁性部件1的厚度予以说明。
树脂薄膜2的厚度设为50μm以下。树脂薄膜2在作为软磁性部件1的基体起作用之外，还在使对软磁性部件1加以叠层时发挥出对软磁性金属层4间予以绝缘的功能。但是，若该绝缘层变厚则降低软磁性金属层4的占空率进而降低作为软磁性部件1的导磁率，因此设为50μm以下。理想的树脂薄膜2的厚度是25μm以下，更为理想的树脂薄膜2的厚度是10μm以下。不过，非常薄的树脂薄膜2难以制造，同时不能保持为形成软磁性金属层4所需的指定强度。因此，建议设为0.2μm以上或者2μm以上的厚度。还有，由于本发明所采用的树脂薄膜2具有可挠性，因而在给各种设备配置包含该薄膜的软磁性部件1时的操作，是较为容易的。
软磁性金属层4最好设为1μm以下的厚度。还有，下面用p来表示软磁性金属层4的厚度。原因是，采用p超过1μm的厚度，在本发明作为对象的超过800MHz高频带上的过电流损失将变大，并且作为磁性体的作用将减弱。因此，更为理想的是p设为0.5μm以下。由于理想的是软磁性金属层4已被细密形成，所以必须具有最低限度的膜厚，该最低限度需达到可采用各种工序形成精细膜的程度。还有，在软磁性金属层4的表面上也可以形成氧化膜。
基底金属层3为了提高软磁性金属层4各向异性磁场的功能并且在电解镀时使之作为导电层起作用，而在800MHz以上高频带予以使用的场合下将其厚度设为100nm以下。还有，下面采用s来表示基底金属层3的厚度。在800MHz以上高频带的使用过程中较为理想的s是80nm以下，更为理想的s是50nm以下。
还有，在基底金属层3与树脂薄膜2之间例如也可以介入金属氧化层及粘合剂层。另外，在基底金属层3的表面也就是基底金属层3和软磁性金属层4之间，也可以存在金属氧化层。虽然通过介入电阻大的金属氧化层，基底金属层3和软磁性金属层4之间的磁性耦合稍微变弱，但是将产生膜剖面方向的电阻增大并降低过电流的效果。若金属氧化层的厚度过厚则难以实行电镀，因此将其厚度设为40nm以下，理想的是20nm以下，更为理想的是10nm以下。该金属氧化层可以在形成基底金属层3之后，通过暴露于空气中而形成。在软磁性金属层4表面所形成的金属氧化层也是相同的。
这样，本发明的软磁性部件1的特征为，在软磁性金属层4的基底金属层3一侧配置有Fe丰富(富Fe)的区域。
图2表示出软磁性金属层4a的一个结构示例。图2所示的软磁性金属层4a由电磁软铁层4a1和Fe-Ni合金层4a2构成，电磁软铁层4a1配置于基底金属层3一侧。因为与Fe-Ni合金层4a2相比电磁软铁层4a1其Fe浓度高，所以图2所示的软磁性金属层4a在临近基底金属层3的一侧设置有富Fe的区域。另外，因为电磁软铁(饱和磁通密度2T，导磁率200)与Fe-Ni合金(例如，采用19wt％Fe-81wt％Ni合金成份，饱和磁通密度1T，导磁率2500)相比饱和磁通密度更高，所以图2所示的软磁性金属层4a在面对基底金属层3的一侧设置有与其他区域相比饱和磁通密度更高的区域。
在本发明中，在临近基底金属层3的一侧设置有富Fe的区域，换言之设置有与其他区域相比饱和磁通密度更高的区域。据此，例如在采用各向异性磁场大的Ni来构成基底金属层3的场合下，基底金属层3与软磁性金属层4(4a)的磁性耦合变强，能够控制μ”的宽频带化或者μ”的峰值高频化等。
图3表示出软磁性金属层4b的其他结构示例。图3所示的软磁性金属层4b由组成元素一致的61wt％Fe-39wt％Ni合金层4b1和19wt％Fe-81wt％Ni合金层4b2构成，61wt％Fe-39wt％Ni合金层4b1配置于基底金属层3侧。因为与19wt％Fe-81wt％Ni合金相比61wt％Fe-39wt％Ni合金其Fe含有量多，所以图3所示的软磁性金属层4b也在临近基底金属层3的一侧设置有富Fe的区域。另外，由于61wt％Fe-39wt％Ni合金(饱和磁通密度1.6T，导磁率1500)与19wt％Fe-81wt％Ni合金(饱和磁通密度1T，导磁率2500)相比饱和磁通密度更高，因而图3所示的软磁性金属层4b在临近基底金属层3的一侧，设置有与其他区域相比饱和磁通密度更高的区域。
图4表示出软磁性金属层4c的其他结构示例。软磁性金属层4c由50wt％Fe-50wt％Co合金(所谓珀明德合金)层4c1和19wt％Fe-81wt％Ni合金层4c2构成，50wt％Fe-50wt％Co合金层4c1配置于基底金属层3侧。由于与19wt％Fe-81wt％Ni合金层4c2相比，50wt％Fe-50wt％Co合金层4c1其Fe浓度高，所以图4所示的软磁性金属层4c也在临近基底金属层3的一侧设置有Fe量大的区域。另外，由于50wt％Fe-50wt％Co合金(饱和磁通密度2.4T，导磁率1000)与19wt％Fe-81wt％Ni合金(饱和磁通密度1T，导磁率2500)相比饱和磁通密度更高，所以图4所示的软磁性金属层4c在临近基底金属层3的一侧，设置有与其它区域相比饱和磁通密度更高的区域。
图5表示的是软磁性金属层4的其他结构示例，是表示从软磁性金属层4与基底金属层3之间界面开始的距离和软磁性金属层4中Fe浓度的曲线图。图2～图4所示示例的前提设为，由成份不同的2种金属(合金)层来构成软磁性金属层4a、4b及4c。但是，图5所示的示例用来表示，在基本上由单一的软磁性合金来构成软磁性金属层4d的同时，在其层中形成富Fe的区域。还有，图5是以从软磁性金属层4d与基底金属层3之间界面开始的距离为横轴并且以软磁性金属层4d中的Fe浓度为纵轴的曲线图。
图5中粗的实线表示出Fe的平均浓度。图5中细的实线(d1)表示出软磁性金属层4d中的Fe浓度。如图5所示，软磁性金属层4d在与基底金属层3之间的界面上Fe浓度最高，随着远离该界面而Fe浓度递减。因此，图5所示的软磁性金属层4d也在临近基底金属层3的一侧设置有富Fe的区域。在此，Fe-Ni系合金其Fe含量越多则饱和磁通密度越高，并且在临近基底金属层3的一侧设置有与其他区域相比饱和磁通密度更高的区域。还有，如同采用图5的单点链状线(d2)所示的那样，在与基底金属层3之间的界面上Fe浓度最高，随着远离该界面而Fe浓度递减，但也可以是从某个位置开始Fe浓度成为大致固定的形式。再者，如同采用图5的虚线(d3)所示的那样，显示出从与基底金属层3之间的界面到指定位置大致固定的Fe浓度，其形式也可以是若超过该指定位置，则显示与上述大致固定的Fe浓度相比低的大致固定的Fe浓度。
如上所述，本发明包含下述两种形式，即一是Fe浓度断续产生变化的形式(下面，有时称为「第1形式」)，二是Fe浓度连续产生变化的形式(下面，有时称为「第2形式」)。
在采用第1形式的场合下，如同上述的软磁性金属层4a、4b及4c那样，可以采用Fe-Ni合金和Fe-Co合金的组合以及Fe-Ni合金和Fe-Ni-Co合金的组合等各种金属、合金的组合，在软磁性金属层4的基底金属层3侧配设Fe丰富(富Fe)的区域。
在采用第2形式的场合下，如同软磁性金属层4d那样，可以采用实质上相同的合金，在软磁性金属层4的基底金属层3侧配设Fe丰富(富Fe)的区域。
再者，作为第3形式也可以通过将基底金属层3的厚度s和软磁性金属层4的厚度p的比例(p/s)设为某个范围内，使软磁性金属层4和基底金属层3之间的磁性耦合得到提高。在采用这种形式的场合下，将「p/s」设为5≤p/s＜10的范围。
有关基底金属层3及软磁性金属层4各自的厚度s、p已做出说明，而通过将s和p的比例(p/s)设为本发明所推荐的范围内，能够使基底金属层3和软磁性金属层4之间的磁性耦合强度得到提高。也就是说，若p/s过小则复导磁率虚数成分(μ”)的特性表示宽频带或者双峰值，并且tanδ(＝μ”/μ’，μ’复导磁率的实数成分)变大，这不是理想的。另一方面，若p/s过大，则μ”的频率特性成为单峰值并且频带也变窄，而μ’开始衰落的频率下降，使GHz频带的导磁率恶化。虽然p/s依赖于软磁性金属层4及基底金属层3的厚度及材质，但是仍设为5≤p/s＜10的范围，理想的是6≤p/s≤8。
上面，有关第1形式、第2形式及第3形式已做出详细说明。第1形式和第3形式的同时使用以及第2形式和第3形式的同时使用，当然也是可以的。
这样，图1所示的软磁性部件1表示出，在树脂薄膜2的单面形成有基底金属层3及软磁性金属层4的示例。在本发明中，也可以在树脂薄膜2的内外两面形成基底金属层3及软磁性金属层4。
另外，虽然在图1所示的示例中表示出作为绝缘层使用树脂薄膜2的示例，但是本发明并不排斥使用树脂薄膜2以外的原材料。例如，也可以将陶瓷材料作为绝缘层来使用。
在本发明中，既可以以单体形式来使用上面所说明的软磁性部件1，也可以对多个软磁性部件1加以叠层来使用。下面，将对多个软磁性部件1加以叠层后的状态下的部件称为叠层软磁性部件20。
图6是表示采用本实施方式的叠层软磁性部件20一个示例的剖面图。如图6所示，叠层软磁性部件20具有树脂薄膜2、基底金属层3及软磁性金属层4被交互叠层后的剖面构造。在此，重要的是作为叠层软磁性部件20整体的厚度设为0.2mm以下。如上所述其原因是，在给携带电话机粘贴薄膜状叠层软磁性部件20的场合下，有必要与携带电话机的尺寸相适。较为理想的厚度是0.15mm以下，更进一步是0.1mm以下。还有，在叠层软磁性部件20上也可以包含部分叠层顺序不同的部位，该部分叠层由树脂薄膜2、基底金属层3及软磁性金属层4组成。
通过对图1所示的软磁性部件1加以叠层，可以得到图6所示的叠层软磁性部件20。
由于软磁性部件1的树脂薄膜2构成绝缘层，因而绝缘层的厚度为50μm以下。不过，若在对软磁性部件1加以叠层时使层间介入粘合剂，则绝缘层有时与树脂薄膜2的厚度相比将变厚。因此，在使用粘合剂的场合下，有必要规定树脂薄膜2的厚度使绝缘层的厚度为50μm以下。此时若粘合剂由树脂形成，则粘合剂层也构成绝缘层。还有，可以在最上层的软磁性金属层4上配设绝缘层，使软磁性金属层4不露出表面。
另外，可以在叠层软磁性部件20表面的任一侧设置粘合剂或者双面粘接胶带。是为了在携带电话机等设备上粘贴叠层软磁性部件20时的便利。
下面，根据图7说明适合于得到叠层软磁性部件20的制造方法。
在图7中，首先在树脂薄膜2上例如采用真空蒸镀法形成基底金属层3(图7A)。
在形成基底金属层3之后，例如通过电解镀在基底金属层3上形成软磁性金属层4，以此可以得到图1所示的软磁性部件1(图7B)。
通过制作指定片数的软磁性部件1，并在使各软磁性部件1的树脂薄膜2和软磁性金属层4相对的状态下进行叠层，而可以得到图6所示的叠层软磁性部件20(图7C)。
软磁性部件1之间的接合，可以在软磁性部件1间配置如环氧树脂、硅氧树脂等的粘合剂来实行。粘合剂的粘度设为1000cP以下，理想的是300cP以下，更为理想的是200cP以下。将加有溶剂的粘合剂涂抹在软磁性部件1上，之后至粘合剂保持粘着性的程度为止使溶剂蒸发，稍后对软磁性部件1加以叠层。借助于构成软磁性部件1的树脂薄膜2的静电，不使用粘合剂也可以维持叠层状态。这种场合下，为了提高接合强度，在对软磁性部件1加以叠层后也可以浸渍于粘接剂中只粘合外围部分。另外，由于粘合剂作为绝缘层起作用，因而也可以在使软磁性金属层4之间相对的状态下或者使树脂薄膜2之间相对的状态下，进行叠层。
在得到叠层软磁性部件20之后，通过实行应力松弛热处理也可以谋求磁特性的提高。在应力松弛热处理例如对软磁性部件1之间的接合使用粘合剂的场合下，也可以兼并实行使粘合剂干燥所需的加热。在实行应力松弛热处理的场合下，最好对树脂薄膜2使用耐热性优良的聚酰胺亚胺树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂或者PPS(聚苯硫醚)树脂。
另外，在对树脂薄膜2使用PET(聚对苯二甲酸乙二酯)或者PBT(聚对苯二甲酸丁二酯)的场合下，由于利用因加热处理产生的收缩应力给基底金属层3附加感应各向异性，因而也可以谋求软磁性部件1及叠层软磁性部件20磁特性的提高。
另外，叠层软磁性部件20也可以采用温室压制加工的方法，加工成所希望的形状。再者，也能够进行切割，加工成所希望的尺寸。
接着，根据图8来说明为得到叠层软磁性部件20所需的其他制造方法。
在图8中，首先在树脂薄膜2上例如采用真空蒸镀法形成基底金属层3(图8A)。在形成基底金属层3之后，例如通过电解镀在基底金属层3上形成软磁性金属层4(图8B)。至此的工序与图7所示的制造方法相同。
其次，在软磁性金属层4上形成热熔接所需的树脂层5(图8C)。树脂层5的形成，可以采用涂抹、喷射等各种方法来实行。
在形成树脂层5之后，通过剥离、除去树脂薄膜2，得到基底金属层3、软磁性金属层4及树脂层5被叠层后的软磁性部件10(图8D)。如果相比对基底金属层3的树脂薄膜2附着强度，更加增高对软磁性金属层4的树脂层5附着强度，则树脂薄膜2的剥离能够较为容易地实行。
通过制作指定片数的软磁性部件10，并在使各软磁性部件10的树脂层5和基底金属层3相对的状态下进行叠层，而可以得到叠层软磁性部件20(图8E)。
软磁性部件10之间的接合可以使用树脂层5来实行。也就是说，在使各软磁性部件10的树脂层5和软磁性金属层4相对的状态下进行叠层，此后通过施以指定的加热处理使树脂层5熔化、硬化，而可以确保相邻软磁性部件10之间的接合强度。另外，虽然在图8中表示出在制作多个软磁性部件10之后对它们进行叠层的示例，但是当然也可以连续实行树脂薄膜2的剥离及树脂层5的形成，并且卷绕薄片体得到卷绕体。
还有，虽然在上面是通过对树脂层5进行热熔接使软磁性部件10接合的，但是还可以实行采用树脂层5的热压接来接合软磁性部件10的处理。例如，作为树脂层5选择PET在加热至150～300℃左右温度的状态下附加指定压力，借此可以采用被热压接后的树脂层5使软磁性部件10之间接合。
另外，在本发明中软磁性部件10的接合如同根据图8所说明的那样，也可以使用粘合剂并且这种场合下不需要接合时的加热处理。
在上面，有关根据本发明的软磁性部件1(10)，以在超过800MHz的高频带上加以使用为前提已做出说明。不过，根据本发明的软磁性部件1(10)也可以在800MHz以下例如100MHz附近的频带上予以使用。但是，那种场合下将基底金属层3的厚度设为超过100nm。原因是，就基底金属层3的厚度为100nm以下而言，与软磁性金属层4之间的磁性耦合将变弱。但是，对于超过1000nm的厚度来说，厚度过厚将失去作为软磁性部件1(10)的优越性。因此，若以在上述频带上的使用为前提，则基底金属层3的厚度(s)设为100～1000nm(未包括100nm)。理想的s是110～700nm，更为理想的s是110～500nm。
若使基底金属层3的厚度(s)处于上述的范围，则基底金属层3的厚度给软磁性金属层4的磁性影响变小。但是，对于p/s未达到4而言，由基底金属层3得到的各向异性磁场控制效果将变小，无法得到高导磁率。另外，若p/s超过15，则因膜厚度变厚而使由过电流产生的导磁率显著下降。因此，p/s设为4～15。在该范围内将得到良好的复导磁率。
(实施示例)
下面，举出具体的实施示例对本发明加以更为详细的说明。
<第1实施示例>
作为第1实施示例表示，为了确认电解镀的条件和电镀层中Fe浓度之间的关系所实行的实验。
在作为绝缘层的13μm的PET薄膜上，采用蒸镀法作为基底金属层制成19nm的Ni膜，之后加以空气开放。接着，作为软磁性金属层对含有61wt％Fe的Fe-Ni合金(电镀浴成份)进行电解镀，制作出软磁性部件。还有，电解镀使用下述电镀液按照下面的3种方法，并将搅拌用的搅拌器与电镀膜之间的距离设成约20mm。另外，电镀膜分别设为200nm的厚度。p/s是10.53。
药品名称 化学式 液体成份(g/l)硫酸镍6氢氧化物 NiSO4·6H2O150～450氯化镍6氢氧化物 NiCl2·6H2O15～45硼酸 H3BO310～40硫酸亚铁7氢氧化物FeSO4·7H2O1～20光泽剂-0.1～2条件a电流密度…0.8A/dm2，弱搅拌…(5rpm)条件b电流密度…0.8A/dm2，强搅拌…(50rpm)条件c电流密度…转换0.8A/dm2和0.5A/dm2，强搅拌…(50rpm)通过TEM(透过式电子显微镜)来观察由条件a所得到的软磁性部件的剖面后，得知Fe-Ni合金(软磁性金属层)由晶粒径为30nm左右的细微晶体构成。
另外，图9表示在用条件a～c所得到的软磁性部件Fe-Ni合金电镀层(软磁性金属层)上从与Ni蒸镀层(基底金属层)之间界面开始的距离和Fe浓度的关系。还有，成份分析是采用电子衍射的方法实行的。由条件a得到的Fe-Ni合金电镀层，越是接近与Ni蒸镀层之间的界面近旁，Fe浓度越高。但是，随着远离与Ni蒸镀层之间的界面，Fe浓度变低，若远离Ni蒸镀层的界面约100nm以上则出现大致稳定成固定值的趋势。如果与作为Fe-Ni合金膜平均成份的61wt％-Ni相比，则在从Ni蒸镀层的界面开始约100nm以下的范围内，比起上述平均成份其Fe浓度变得更高。这样，根据条件a得知在基底金属层一侧将形成富Fe的区域。该富Fe的区域与其他区域相比饱和磁通密度更高。由条件a所得到的软磁性部件属于Fe浓度连续变化的形式，也就是上述的第2形式。
对此，在采用条件b而得到的Fe-Ni合金电镀层上，对Fe浓度来说几乎显现不出变化，该条件b与条件a相比实行更强的搅拌。
另外，采用转换电流密度的条件c而得到的Fe-Ni合金电镀层，在电流密度为0.8A/dm2时Fe浓度变高，在电流密度为0.5A/dm2时Fe浓度变低。就条件c而言，由于最初设为0.8A/dm2的电流密度，因而在基底金属层一侧形成富Fe的区域。由条件c所得到的软磁性部件也属于Fe浓度连续变化的形式，也就是上述的第2形式。
还有，在本实施示例中是采用电子线解析的方法来实行成份分析的。为此，由于基底金属层和软磁性金属层之间界面的分析结果成为基底金属层包含Ni的值，所以从图9开始免除该值。
在图10中表示，采用条件a～c得到的软磁性部件复导磁率虚数成分(μ”)的频率特性。在此，μ”的峰值意味着越是处于高频侧则谐振频率越高。如同由图10所明确的那样，得知采用条件a得到的软磁性部件与采用条件b及条件c得到的软磁性部件相比，μ”的峰值处于更高频侧。这被解释为，原因是采用条件a得到的软磁性部件因在软磁性金属层上的与基底金属层之间的界面附近是富Fe的区域，而形成有饱和磁通密度大的区域，并且与基底金属层(Ni)之间的磁性耦合变强，该基底金属层与Fe-Ni合金相比磁各向异性更大。另外，得知采用条件a得到的软磁性部件，μ”的峰值成为双顶点，达到μ”的宽带化。
还有，在第1实施示例中有关软磁性部件为单体的情形已做出说明，但即使是对多个软磁性部件进行叠层后的叠层软磁性部件，也可以得到相同的效果。另外，虽然在上面的示例中按照电镀时的搅拌条件将软磁性金属层与基底金属层之间的界面附近设为富Fe的区域，但是通过控制电解镀时的电流密度，具体地说是使电流密度下降，也可以得到与图9的条件a相同的Fe浓度分布。再者，虽然在上面的示例中表示出Fe浓度连续变化的示例，但是如图2、图3所示，当然也可以采用Fe浓度断续变化的形式，也就是第1的形式。
<第2实施示例>
作为第2实施示例表示，在使基底金属层的厚度s和软磁性金属层的厚度p的比例(p/s)产生变动时为确认频率特性的变化所实行的实验。也就是说，在第1实施示例中已做出有关第2形式的探讨，而在第2实施示例中将做出有关第3形式的探讨。
准备好PET基体，通过斜向蒸镀法在该PET基体的各自上制成厚度为19nm、37nm的Ni基底膜(基底金属层)。此后，将Ni基底膜作为阴极导电体，通过电解镀来制成含有约61wt％Fe的各种厚度Fe-Ni合金膜(软磁性金属层)，制作出图11所示的样品a～h的8种软磁性部件。
对于所得到的8种软磁性部件，采用凌和电子产的高频导磁率测定器(PMF3000)来测定复导磁率。将其结果表示在图12～图19中。
首先，有关Ni基底膜的厚度(s)为19nm的样品a～d，予以说明。
如图12所示，样品a(p/s＝5.53)在800MHz附近复导磁率的实数成分(μ’)开始衰落，而在2GHz上取得150左右的高导磁率。在样品a～d之中膜厚度最薄的是样品a，并且得知在800MHz附近所出现的导磁率衰落并不是由过电流而引起的。
如图13所示，样品b(p/s＝7.72)由于μ’的衰落也是由1000MHz(1GHz)以上的值开始的，并且也没有在该频率附近的μ”增大，因而tan 6也被抑制。虽然样品c(图14，p/s＝9.89)及样品d(图15，p/s＝11.26)也显示出相同的趋势，但是样品c谐振频率已超过2GHz，与此相对样品d却未达到2GHz。
另外，如图12～图15所示在p/s增大的同时，μ”的频率依存性表示陡峭的形状。同时，由于取到峰值的频率下降，因而Fe-Ni合金膜过厚也使复导磁率劣化。
这样，在使用厚度为19nm的Ni基底膜的场合下，在p/s为5～10(未到10)特别是6～8的范围内，显示出μ’较大且tanδ(＝μ”/μ’)较小的良好特性。
如图16所示，虽然样品e(p/s＝3.32)显示出超过2GHz的较高谐振频率，但是由于在650MHz附近μ’开始衰落，同时μ”增大，因而tanδ变大，这不是理想的。
如图17及图18所示，虽然样品f(p/s＝5.89)、g(p/s＝7.22)与样品e相比谐振频率稍微降低，但是μ”在低频侧的值变低，tanδ被改善。
如图19所示，虽然样品h(p/s＝8.68)呈现出μ’的衰落频率稍微降低的趋势，但仍取得十分必要的特性。
由以上得知，在使用厚度为37nm的Ni基底膜的场合下，在p/s为4～8的范围内显示出μ’较大且tanδ(＝μ”/μ’)较小的良好特性。
还有，Ni基底膜为19nm的情形也是相同的，而由图16～图19得知，若Fe-Ni合金膜的厚度变厚，则Ni基底膜的影响变小并且μ’的衰落频率下降。
接着，有关样品a、b、c、d、e及g，采用VSM(振动样品式磁力计)求出B-H曲线。将其结果表示在图20～图25中。还有，有关在基板上只制成Ni基底膜的样品，同样也求出B-H曲线。将其结果表示在图26(膜厚度19nm)及图27(膜厚度37nm)中。
图20～图23分别是样品a～d的BH曲线。顽磁力分别是10.2Oe、5.1Oe、3.2Oe及2.9Oe。顺便而言，在19nm的Ni基底膜单体中是39.7Oe。各向异性磁场大小的p/s依存性也显示出与顽磁力相同的趋势，并且得知Fe-Ni合金膜的厚度越薄，则作为软磁性部件越容易受到Ni基底膜的影响。
<第3实施示例>
除去控制电镀膜的厚度使之成为150nm之外，按照与第1实施示例相同的步骤制作出软磁性部件。还有，电解镀的条件设为上述的条件a。p/s是7.89。
对于所得到的软磁性部件，测定出复导磁率。还有，复导磁率的测定条件与第1实施示例相同。其结果是，在2GHz中得到120左右的高导磁率。该值是与第1实施示例中由条件a所得到的软磁性部件相比高出300％的值。
根据上面的结果可以确认出，通过将软磁性金属层与基底金属层之间的界面附近设为富Fe的区域，并且将p/s设在本发明所推荐的范围内，而可以得到相对较高的导磁率。
<第4实施示例>
在厚度为4μm的聚酰亚胺薄片上溅射厚度为150nm的Co，并在此之上制成厚度约为2μm的60wt％Fe-Ni合金的膜。p/s是13.3。该软磁性部件在100MHz中的导磁率，显示出与相同厚度的压延材料(PB坡莫合金)相比高出50％的值。
产业上的可利用性根据本发明，可以得到一种不用实行下述处理并无需达到GHz频带上的高导磁率化进而不使用硬质基片材料的软磁性部件，上述处理是施以磁致热处理附加感应各向异性，或者形成精细图形附加形状各向异性之类的处理。
权利要求
1.一种软磁性部件，具备绝缘层；基底金属层，与上述绝缘层相对配置；软磁性金属层，配设于上述基底金属层上，其特征为上述软磁性金属层在上述基底金属层侧形成有与其他区域相比饱和磁通密度更大的区域。
2.根据权利要求1记载的软磁性部件，其特征为上述基底金属层采用与上述软磁性金属层相比各向异性磁场更大的材料来构成。
3.根据权利要求1记载的软磁性部件，其特征为上述其他区域采用与上述饱和磁通密度大的区域相比导磁率更高的材料来构成。
4.根据权利要求1记载的软磁性部件，其特征为将多个由上述绝缘层、上述基底金属层及上述软磁性金属层组成的部分叠层。
5.根据权利要求1记载的软磁性部件，其特征为在上述绝缘层和上述基底金属层之间介入金属氧化层。
6.一种软磁性部件，其特征为具备第1区域，由树脂材料构成；第2区域，与上述第1区域相对配置，由包含Fe并显现出软磁性的合金构成；第3区域，配置于上述第1区域及第2区域之间，采用与上述第2区域相比各向异性磁场更大的金属材料来构成；第4区域，配置于上述第2区域及第3区域之间，与上述第2区域相比Fe浓度较高。
7.根据权利要求6记载的软磁性部件，其特征为上述第2区域及上述第4区域由包含Ni及/或者Co和Fe的合金构成。
8.根据权利要求7记载的软磁性部件，其特征为上述第2区域及上述第4区域由结构元素一致的合金构成。
9.根据权利要求8记载的软磁性部件，其特征为上述第4区域中的Fe浓度朝向上述第3区域连续递增。
10.根据权利要求6记载的软磁性部件，其特征为上述第3区域由Ni或者Ni合金构成。
11.根据权利要求6记载的软磁性部件，其特征为多个由上述第1区域～第4区域组成的部分被叠层。
12.一种电磁波控制板，其特征为具备基体，具有可挠性；导电金属层，被上述基体支撑；软磁性金属层，支撑于上述导电金属层上并由Fe-Ni系合金组成，在上述导电金属层和上述软磁性金属层之间，介入使上述导电金属层和上述软磁性金属层之间的磁性耦合增强的组成物质，上述基体的厚度为25μm以下，上述导电金属层的厚度为100nm以下，上述软磁性金属层的厚度为1μm以下。
13.根据权利要求12记载的电磁波控制板，其特征为上述导电金属层由纯Ni组成。
14.根据权利要求12记载的电磁波控制板，其特征为上述基体由PET(聚对苯二甲酸乙二酯)或者PBT(聚对苯二甲酸丁二酯)构成。
15.一种软磁性部件的制造方法，其特征为具备工序(a)，用来在树脂薄膜上形成导电性金属膜；工序(b)，用来在上述导电性金属膜上通过电解镀形成包含Fe的软磁性金属膜，在上述工序(b)中在上述软磁性金属膜的与上述导电性金属膜之间的界面侧，形成与上述软磁性金属膜中的平均浓度相比Fe浓度高的区域。
16.根据权利要求15中记载的软磁性部件制造方法，其特征为按照下述条件来实行上述工序(b)，该条件的设定为，上述软磁性金属膜的Fe浓度随着远离与上述导电性金属膜之间的界面位置而连续递减。
17.一种软磁性部件，具备绝缘层；基底金属层，与上述绝缘层相对配置；软磁性金属层，配设于上述基底金属层上，其特征为若将上述基底金属层的厚度设为s，将上述软磁性金属层的厚度设为p，则5≤p/s＜10，且0＜s＜100nm。
18.根据权利要求17中记载的软磁性部件，其特征为上述基底金属层采用与上述软磁性金属层相比顽磁力或者各向异性磁场更大的材料来构成。
19.根据权利要求17中记载的软磁性部件，其特征为上述软磁性金属层由含有20～80wt％的Fe和Ni及/或者Co的合金构成。
20.根据权利要求17中记载的软磁性部件，其特征为多个由上述绝缘层、上述基底金属层和上述软磁性金属层组成的部分被叠层。
21.一种软磁性部件，具备绝缘层；基底金属层，与上述绝缘层相对配置；软磁性金属层，配设于上述基底金属层上，其特征为上述软磁性金属层在上述基底金属层侧形成有与其他区域相比饱和磁通密度更大的区域，并且若将上述基底金属层的厚度设为s，将上述软磁性金属层的厚度设为p，则5≤p/s＜10，且0＜s＜100nm。
22.一种软磁性部件，具有绝缘层；基底金属层，与上述绝缘层相对配置；软磁性金属层，配设于上述基底金属层上，其特征为若将上述基底金属层的厚度设为s，将上述软磁性金属层的厚度设为p，则4≤p/s≤15，且100nm＜s≤1000nm。
全文摘要
本发明提供一种由包含软磁性金属层的多个层来构成的软磁性部件，使软磁性金属层和其他层之间的磁性耦合得到提高。具备树脂薄膜2；基底金属层3，形成于树脂薄膜2上；软磁性金属层4a，形成于基底金属层3上。软磁性金属层4a在基底金属层3侧，形成有与其他区域相比Fe浓度更高并且饱和磁通密度更大的区域。
文档编号H01F41/26GK1525499SQ200410006670
公开日2004年9月1日 申请日期2004年2月24日 优先权日2003年2月24日
发明者桥本康雄, 若山胜彦, 柿沼朗, 田崎和则, 饭岛康, 长勤, 则, 彦 申请人:Tdk株式会社