图形化平面磁芯双层平面螺旋结构薄膜微电感及制备方法技术

本发明专利技术提供一种图形化平面磁芯双层平面螺旋结构薄膜微电感及制备方法，包括：由底层薄膜磁芯和顶层薄膜磁芯组成的薄膜磁芯，由上层平面螺旋线圈和下层平面螺旋线圈组成的双层平面螺旋结构线圈，两个引线，两个引脚，以及绝缘材料；方法为：溅射Cr/Cu种子层、甩胶、光刻、显影、电镀、制作薄膜磁芯结构；甩聚酰亚胺并烘干固化、抛光；溅射Cr/Cu种子层、甩胶、光刻、显影、电镀、制作双层平面螺旋结构线圈、两个引线及两个引脚；甩聚酰亚胺并烘干固化、抛光；溅射Cr/Cu种子层、甩胶、光刻、显影、电镀、制作图形化磁芯结构。本发明专利技术大大降低了微电感器件的高频损耗，有效提高了器件的高频性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子
，具体涉及一种薄膜微电感器件，特别是涉及一种图形化平面磁芯的双层平面螺旋结构薄膜微电感及其制备方法。该薄膜微电感有利于三维微系统技术的集成，有效降低电感的体积从而提高空间集成度。
技术介绍
随着便携式电子产品的体积与重量不断减小，其对内部集成的电源管理芯片要求也越来越高.而电子元器件的小型化是电子产品的小型化、微型化的前提，磁性器件如电感器件及由其构成的电源变压器、DC-DC变换器、放大器和振荡器等是电子电路必不可少的重要元件，因此电感器件的微型化备受关注。一般来说，常规的电感器件大都采用机械绕线方式在磁芯周围绕制线圈或空心线圈，具有体积大、重量高、工作频率低等缺点。随着磁性器件工作频率的提高，磁性薄膜微电感器件要求工作在1MHz以上，尺寸在20mm2以下，然而采用常规的微电子技术难以在平面衬底上制作高性能的微型化电感器件。近年来，微机电系统(MEMS)技术的迅速发展，特别是以三维非硅材料为主的准-LIGA加工技术成为当前国际上研制微型化多层结构微器件的一种最先进技术。将薄膜技术融入到MEMS技术研制微型化电感器件，将具有低电阻、小面积、低损耗和低成本及批量化生产等优点。另外，在有磁性薄膜的器件中，磁性薄膜可以很好的集中磁力线的分布，可以有效地降低衬底的涡流损耗，因而在有磁性薄膜的器件中，衬底的损耗可以忽略。D.J.Sadler等人在《IEEETRANSACTIONSONMAGNETICS》上发表了“MicromachinedspiralinductorsusingUV-LIGAtechniques”一文，该文提到一种平面磁芯螺旋结构微电感，其线圈形状为方形螺旋结构，磁芯材料为电镀的NiFe薄膜。作者采用MEMS技术和UV-LIGA技术，采用电镀Cu线圈和NiFe磁芯，研制了尺寸为4.2mm*4.2mm的平面磁芯螺旋结构微电感器件，在频率为1-1000kHz下电感量为μH级。由于制作的平面磁芯为电镀的整片NiFe薄膜，NiFe合金虽然磁导率很高，但在高频下，产生的涡流损耗也不可忽略。而且作者制作的平面线圈为单层的螺旋线圈，在一定面积下，限制了线圈的总匝数，从而影响了微电感的电感值，因此难以获得高性能的微电感器件。
技术实现思路
本专利技术针对上述平面螺旋线圈结构薄膜微电感技术存在的问题，提出图形化平面磁芯的双层平面螺旋结构薄膜微电感及其制备方法，采用图形化的平面薄膜磁芯结构，并且设计了双层平面螺旋结构线圈位于两磁芯之间，用绝缘材料分开，这种结构的薄膜微电感有效降低了高频下的涡流损耗，大大提高了微电感期间的高频特性。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：根据本专利技术的一个方面，提供一种图形化平面磁芯双层平面螺旋结构薄膜微电感，所述薄膜微电感包括：由底层薄膜磁芯和顶层薄膜磁芯组成的薄膜磁芯，由上层平面螺旋线圈和下层平面螺旋线圈组成的双层平面螺旋结构线圈，第一引线，第二引线，下层平面螺旋线圈引脚，上层平面螺旋线圈引脚，以及绝缘材料；其中：所述上层平面螺旋线圈、下层平面螺旋线圈位于底层薄膜磁芯和顶层薄膜磁芯之间；所述底层薄膜磁芯位于衬底上方，所述第一引线为上层平面螺旋线圈与下层平面螺旋线圈之间的引线，所述上层平面螺旋线圈与下层平面螺旋线圈通过第一引线连通；所述上层平面螺旋线圈引脚与下层平面螺旋线圈引脚在同一平面；所述下层平面螺旋线圈引脚通过第二引线连通上层平面螺旋线圈，并与上层平面螺旋线圈引脚在同一平面；所述底层薄膜磁芯与下层平面螺旋线圈之间、所述顶层薄膜磁芯与上层平面螺旋线圈之间、所述上层平面螺旋线圈与下层平面螺旋线圈之间，以及所述上层平面螺旋线圈、下层平面螺旋线圈与第一引线、第二引线之间均通过绝缘材料隔开。优选地，所述薄膜磁芯为图形化的平面铁镍合金结构，薄膜磁芯为不同宽度的矩形阵列。优选地，所述双层平面螺旋结构线圈为正方形或长方形。优选地，所述双层平面螺旋结构线圈，即上层平面螺旋线圈和下层平面螺旋线圈的外径尺寸小于薄膜磁芯的尺寸。优选地，所述双层平面螺旋结构线圈，线圈导体的厚度为20～30μm、宽度为20～30μm，线圈导体之间的间距为20μm，线圈匝数为13～17匝。更优选地，所述双层平面螺旋结构线圈为微型薄膜线圈。优选地，所述绝缘材料为聚酰亚胺；聚酰亚胺在所述微电感中起到绝缘作用，而且还有支撑平台的作用。优选地，所述衬底的材料为玻璃。本专利技术中，所述薄膜磁芯为图形化的平面铁镍合金结构，铁镍合金具有高磁导率，低电阻率特性，可以很好的集中磁力线的分布，提高电感特性。而图形化结构可以可以在高频时减小薄膜磁芯的涡流损耗。本专利技术中，所述双层平面螺旋结构线圈，可以在一定的平面面积下制备较多的线圈匝数，但匝数越多，线圈的电阻也会随之增大，损耗也会增加，综合考虑，设计的双层平面结构。线圈导体的截面积越大，电阻越小，但厚度越高，制备工艺难度越大，故优选20～30μm。根据本专利技术的另一个方面，提供一种图形化平面磁芯双层平面螺旋结构薄膜微电感的制备方法，包括如下步骤：步骤1、在清洗处理过的玻璃衬底的任意一面溅射一层Cr/Cu种子层，在Cr/Cu种子层上甩光刻胶，并将光刻胶烘干；将光刻胶曝光、显影；在铁镍合金渡槽中电镀铁镍合金平面结构的底层薄膜磁芯；然后用氢氧化钠溶液去除光刻胶，用去铜液和去铬液去除Cr/Cu种子层；甩聚酰亚胺；然后进行聚酰亚胺烘干固化工艺，并抛光，抛光后聚酰亚胺层高于底层薄膜磁芯；步骤2、在抛光过的聚酰亚胺层表面溅射Cr/Cu种子层，甩光刻胶，并烘干，然后曝光、显影；在镀铜液中电镀下层平面螺旋线圈和下层平面螺旋线圈引脚，得到下层平面螺旋线圈结构；步骤3、甩光刻胶，并烘干、曝光、显影，在镀铜液中电镀第一引线和第二引线；用氢氧化钠溶液去除光刻胶，用去铜液和去铬液去除Cr/Cu种子层；甩聚酰亚胺，然后进行聚酰亚胺烘干固化工艺，并抛光，直到露出第一引线和第二引线的表面；步骤4：溅射Cr/Cu种子层；甩光刻胶，并烘干，然后曝光、显影；在镀铜液中电镀上层平面螺旋线圈；然后用氢氧化钠溶液去除光刻胶，用去铜液和去铬液去除Cr/Cu种子层，得到上层平面螺旋线圈结构、下层平面螺旋线圈引脚和上层平面螺旋线圈引脚；步骤5：甩聚酰亚胺，然后进行聚酰亚胺烘干固化工艺，并抛光，抛光后聚酰亚胺层高于上层平面螺旋线圈；步骤6：溅射Cr/Cu种子层；甩光刻胶，并烘干、曝光、显影；电镀顶层薄膜磁芯；步骤7：用氢氧化钠溶液去除光刻胶，用去铜液和去铬液去除Cr/Cu种子层，最终得到图形化平面磁芯的双层平面螺旋结构薄膜微电感。优选地，步骤1、步骤3、步骤5中，所述聚酰亚胺的烘干固化工艺，包括前烘和后烘，具体为：(1)前烘：30分钟升温到50℃；30分钟升温到55℃；60分钟升到60℃，60℃保温30分钟；60分钟升到68℃，68℃保温60分钟；(2)后烘：1小时升温到90℃；1小时升温到120℃；1小时升温到150℃；1小时升温到180℃；1小时升温到250℃，250℃保温2小时固化。优选地，步骤1、步骤3、步骤4、步骤7中：所述氢氧化钠溶液的浓度为4％；所述去铬液为铁氧化钾：氢氧化钠(NaOH)：去离子水＝3g：1g：100ml；所述去铜液为双氧水：氨水：去离子水＝1：3：12。与现有技术相比较，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图形化平面磁芯双层平面螺旋结构薄膜微电感，其特征在于，包括：由底层薄膜磁芯和顶层薄膜磁芯组成的薄膜磁芯，由上层平面螺旋线圈和下层平面螺旋线圈组成的双层平面螺旋结构线圈，第一引线，第二引线，下层平面螺旋线圈引脚，上层平面螺旋线圈引脚，以及绝缘材料；其中：所述上层平面螺旋线圈、下层平面螺旋线圈位于底层薄膜磁芯和顶层薄膜磁芯之间；所述底层薄膜磁芯位于衬底上方，所述第一引线为上层平面螺旋线圈与下层平面螺旋线圈之间的引线，所述上层平面螺旋线圈与下层平面螺旋线圈通过第一引线连通；所述上层平面螺旋线圈引脚与下层平面螺旋线圈引脚在同一平面；所述下层平面螺旋线圈引脚通过第二引线连通上层平面螺旋线圈，并与上层平面螺旋线圈引脚在同一平面；所述底层薄膜磁芯与下层平面螺旋线圈之间、所述顶层薄膜磁芯与上层平面螺旋线圈之间、所述上层平面螺旋线圈与下层平面螺旋线圈之间，以及所述上层平面螺旋线圈、下层平面螺旋线圈与第一引线、第二引线之间均通过绝缘材料隔开。

【技术特征摘要】
1.一种图形化平面磁芯双层平面螺旋结构薄膜微电感，其特征在于，包括：由底层薄膜磁芯和顶层薄膜磁芯组成的薄膜磁芯，由上层平面螺旋线圈和下层平面螺旋线圈组成的双层平面螺旋结构线圈，第一引线，第二引线，下层平面螺旋线圈引脚，上层平面螺旋线圈引脚，以及绝缘材料；其中：所述上层平面螺旋线圈、下层平面螺旋线圈位于底层薄膜磁芯和顶层薄膜磁芯之间；所述底层薄膜磁芯位于衬底上方，所述第一引线为上层平面螺旋线圈与下层平面螺旋线圈之间的引线，所述上层平面螺旋线圈与下层平面螺旋线圈通过第一引线连通；所述上层平面螺旋线圈引脚与下层平面螺旋线圈引脚在同一平面；所述下层平面螺旋线圈引脚通过第二引线连通上层平面螺旋线圈，并与上层平面螺旋线圈引脚在同一平面；所述底层薄膜磁芯与下层平面螺旋线圈之间、所述顶层薄膜磁芯与上层平面螺旋线圈之间、所述上层平面螺旋线圈与下层平面螺旋线圈之间，以及所述上层平面螺旋线圈、下层平面螺旋线圈与第一引线、第二引线之间均通过绝缘材料隔开。2.根据权利要求1所述一种图形化平面磁芯双层平面螺旋结构薄膜微电感，其特征在于，所述薄膜磁芯为图形化的平面铁镍合金结构，薄膜磁芯为不同宽度的矩形阵列。3.根据权利要求1所述一种图形化平面磁芯双层平面螺旋结构薄膜微电感，其特征在于，所述上层平面螺旋线圈和下层平面螺旋线圈的外径尺寸小于薄膜磁芯的尺寸。4.根据权利要求1所述一种图形化平面磁芯双层平面螺旋结构薄膜微电感，其特征在于，所述双层平面螺旋结构线圈，线圈导体的厚度为20～30μm、宽度为20～30μm，线圈导体之间的间距为20μm，线圈匝数为13～17匝。5.根据权利要求4所述一种图形化平面磁芯双层平面螺旋结构薄膜微电感，其特征在于，所述双层平面螺旋结构线圈为正方形或长方形。6.根据权利要求4所述一种图形化平面磁芯双层平面螺旋结构薄膜微电感，其特征在于，所述双层平面螺旋结构线圈为微型薄膜线圈。7.根据权利要求1-6任一项所述一种图形化平面磁芯双层平面螺旋结构薄膜微电感，其特征在于，所述绝缘材料为聚酰亚胺；所述衬底的材料为玻璃。8.一种如权利要求1-7任一项所述图形化平面磁芯双层平面螺旋结构薄膜微电感的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、在清洗处理过的玻璃衬底的一面溅射一层Cr/Cu种子...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明明，丁桂甫，朱小敏，刘哲，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31