一种基于条纹型软磁薄膜的平面电感及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于条纹型软磁薄膜的平面电感及其制备方法，该平面电感设置在基体(4)上，包括电感线圈(2)和电感线圈的上侧和下侧包覆的条纹型软磁薄膜(1)和多层软磁薄膜(3)；电感线圈(2)上侧的条纹型软磁薄膜(1)为软磁材料细纹(7)和高阻材料细纹(8)间隔构成条纹结构，电感线圈(2)下侧的多层软磁薄膜(3)为交替叠放的软磁材料膜(6)和高阻材料膜(5)构成；上层条纹型软磁薄膜(1)的条纹方向垂直于所包覆的电感线圈(2)的方向，平行于磁力线方向。该平面电感由磁控溅射和微纳工艺联合制备而成，具有结构简单、体积小、电感密度高的特点，可以用于高频集成电子电路或柔性电子电路。路。路。

【技术实现步骤摘要】
一种基于条纹型软磁薄膜的平面电感及其制备方法


[0001]本专利技术属于应用于集成电路的平面电感
，涉及一种基于条纹型软磁薄膜的平面电感及其制备方法。

技术介绍

[0002]作为电子电路中的三大基础元件，电阻和电容已经实现了高频化、微型化，而电感技术在芯片集成电路中始终难于突破，主要面核心问题就是如何解决在微米及亚微米空间和高工作频率的应用限制之下综合提高芯片的电感密度和品质因数。芯片电感元件的技术突破，将有助于催生新一代SoC设计。中国专利技术专利申请No.202110530371.0公开了
‘
一种基于三层纳米铁磁薄膜的平面电感
’
，其中的三层纳米铁磁薄膜均为矫顽力低于10Oe的软磁薄膜FexNyXz，X可以为B或Si两种元素，平面电感由三层FexNyXz软磁薄膜经微纳加工工艺制备而成，三层厚度可在5～80nm不等。三层纳米铁磁薄膜具有高频高磁导率的特性，可应用于高频电子器件的平面电感制备；但是该方案工艺复杂，且制得的平面电感电阻率低，且无法很好地利用磁性薄膜的各向异性，导致损耗偏大、电感密度偏低。

技术实现思路

[0003]针对上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种具有高取向性、高电阻率的条纹型软磁薄膜的平面电感及其制备方法。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0005]一种基于条纹型软磁薄膜的平面电感，设置在具有电感线圈2的基体4上，所述电感线圈2的上侧和下侧包覆有条纹型软磁薄膜1和多层软磁薄膜3；电感线圈2上侧的条纹型软磁薄膜1为软磁材料细纹7和高阻材料细纹8间隔构成条纹结构，电感线圈2下侧的多层软磁薄膜3由多组密切接触的软磁薄膜组成，其中每组软磁薄膜3为上层的软磁材料膜6和下层的高阻材料膜5构成；上层条纹型软磁薄膜1的条纹方向垂直于所包覆的电感线圈2的方向，平行于磁力线方向；
[0006]条纹型软磁薄膜1和多层软磁薄膜3通过磁柱9连接；
[0007]条纹型软磁薄膜1和多层软磁薄膜3与电感线圈2之间分别通过电介质绝缘。
[0008]条纹型软磁薄膜1中软磁细纹(7)的宽度为10
‑
60μm，条纹之间的间隙为10
‑
60μm，条纹型软磁薄膜1覆盖电感线圈2的长度为100
‑
400μm。
[0009]多层软磁薄膜3为上层的软磁材料膜6和下层的高阻材料膜5交替叠放设置，软磁材料膜6的厚度为0.1
‑
1μm，高阻材料膜5厚度为为10
‑
60μm，多层软磁薄膜3厚度为1
‑
2μm。
[0010]电感线圈2的线宽为5
‑
40μm，电感线圈2之间的间距为10
‑
60μm，电感线圈2的总面积为0.5
‑
5mm2，电感线圈2为选自金、银、铜、钛的导电性良好的金属材料。
[0011]所述基体4的材质为玻璃、石英高阻硅等，或者聚亚苯基亚乙烯、聚二甲基硅氧烷等柔性有机聚合物。
[0012]软磁材料细纹和软磁材料膜的材料选自硅钢、铁氧体、多晶软磁材料、非晶软磁材
料或纳米晶软磁材料。
[0013]软磁材料细纹和软磁材料膜的材料为FeCoB多晶软磁材料。
[0014]高阻材料细纹和高阻材料膜的材料为氧化锌、氧化硼、氧化铝、氮化硅、氮化硼、二氧化硅中的一种。
[0015]电介质为陶瓷、玻璃、高分子聚合物固态电介质或聚酰亚胺。
[0016]条纹型磁性薄膜1中软磁材料所占比例为10vol％～80vol％。
[0017]条纹型磁性薄膜1中软磁材料所占比例为50vol％～80vol％。
[0018]该平面电感在1～3GHz频率下，电感密度为145～157nH/mm2，品质因数为11～15；
[0019]该平面电感的磁性薄膜部分，饱和磁感应强度为1000
‑
1300GS，电阻率为8000
‑
12000μΩ
·
cm，其中条纹型软磁薄膜的各向异性场为350
‑
650Oe。
[0020]一种如所述的基于条纹型软磁薄膜的平面电感的制备方法，通过磁控溅射工艺与微纳加工工艺联合制备，该方法包括以下步骤：
[0021]a.对基体4进行清洁，去除其表面杂质；
[0022]b.采用光刻剥离的方式制作下层的多层软磁薄膜3；
[0023]c.旋涂并预亚胺化聚酰亚胺作为下层的多层软磁薄膜3和电感线圈2之间的绝缘层；
[0024]d.采用光刻剥离的方法制作电感线圈2的图形；
[0025]e.旋涂并预亚胺化聚酰亚胺作为上层的条纹型软磁薄膜1和电感线圈2之间的绝缘层；
[0026]f.在聚酰亚胺上刻蚀磁柱9的通孔图形，并对聚酰亚胺进行固化；
[0027]g.用电镀的方式用软磁材料填充磁柱9的通孔；
[0028]h.采用光刻剥离的方式制作上层的条纹型软磁薄膜1；制得基于条纹型软磁薄膜的平面电感后，在整个器件的表面用磁控溅射工艺溅射一层高阻材料膜，填充条纹间隙的同时，对整个平面电感进行绝缘保护。
[0029]一种如所述的基于条纹型软磁薄膜的平面电感的用途：用于制备高频集成电子电路或柔性电子电路。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0031]本专利技术的软磁薄膜平面电感采用半导体微纳工艺制备而成，具有结构简单、体积小、电感密度高等特点，不仅可以应用于高频集成电子电路，还可应用于柔性电子电路。
[0032]本专利技术的平面电感为上部的条纹磁膜和下部的多层磁膜包覆线圈的结构，可以更好地利用条纹磁膜的各向异性和多层软磁膜的高电阻率，具有电感密度高、品质因数高等特点。这种条纹型软磁薄膜和多层磁膜的结合由于其具备高阻值和高取向性，一方面可以有效地降低电感器件的涡流损耗，另一方面可以提高磁膜的抗偏磁能力，从而有效的提升电感元件高频下的电感密度和品质因数。
附图说明
[0033]图1是本专利技术基于条纹型软磁薄膜的平面电感的结构示意图。
[0034]附图标记：
[0035]1条纹型软磁薄膜，2电感线圈，3多层软磁薄膜，4基体，5高阻材料膜，6软磁材料
膜，7软磁材料细纹，8高阻材料细纹，9磁柱
具体实施方式
[0036]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0037]如图1所示，一种基于条纹型软磁薄膜的平面电感，包括条纹型软磁薄膜1、多层软磁薄膜3、高阻材料膜5、软磁材料膜6、软磁材料细纹7、高阻材料细纹8和磁柱9。
[0038]所述平面电感的上层为条纹型软磁薄膜1，下层为多层软磁薄膜3。其中，条纹型软磁薄膜1为软磁材料细纹7和高阻材料细纹8间隔构成的条纹结构。多层软磁薄膜3，由多组密切接触的软磁薄膜组成，其中每组软磁薄膜3为上层的软磁材料膜6和下层的高阻材料膜5构成。条纹型软磁薄膜1和多层软本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于条纹型软磁薄膜的平面电感，设置在具有电感线圈(2)的基体(4)上，其特征在于：所述电感线圈(2)的上侧和下侧包覆有条纹型软磁薄膜(1)和多层软磁薄膜(3)；电感线圈(2)上侧的条纹型软磁薄膜(1)为软磁材料细纹(7)和高阻材料细纹(8)间隔构成条纹结构，电感线圈(2)下侧的多层软磁薄膜(3)由多组密切接触的软磁薄膜组成，其中每组软磁薄膜(3)为上层的软磁材料膜(6)和下层的高阻材料膜(5)构成；上层条纹型软磁薄膜(1)的条纹方向垂直于所包覆的电感线圈(2)的方向，平行于磁力线方向；条纹型软磁薄膜(1)和多层软磁薄膜(3)通过磁柱(9)连接；条纹型软磁薄膜(1)和多层软磁薄膜(3)与电感线圈(2)之间分别通过电介质绝缘。2.根据权利要求1所述的基于条纹型软磁薄膜的平面电感，其特征在于：条纹型软磁薄膜1中软磁细纹(7)的宽度为10
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60μm，条纹之间的间隙为10
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60μm，条纹型软磁薄膜(1)覆盖电感线圈(2)的长度为100
‑
400μm。3.根据权利要求1所述的基于条纹型软磁薄膜的平面电感，其特征在于：多层软磁薄膜(3)为上层的软磁材料膜(6)和下层的高阻材料膜(5)交替叠放设置，软磁材料膜(6)的厚度为0.1
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1μm，高阻材料膜(5)厚度为为10
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60μm，多层软磁薄膜(3)厚度为1
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2μm。4.根据权利要求1所述的基于条纹型软磁薄膜的平面电感，其特征在于：电感线圈(2)的线宽为5
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40μm，电感线圈(2)之间的间距为10
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60μm，电感线圈(2)的总面积为0.5
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5mm2，电感线圈(2)为选自金、银、铜、钛的导电性良好的金属材料。5.根据权利要求1所述的基于条纹型软磁薄膜的平面电感，其特征在于：所述基体(4)的材质为玻璃、石英高阻硅等，或者聚亚苯基亚乙烯、聚二甲基硅氧烷等柔性有机聚合物。6.根据权利要求1所述的基于条纹型软磁薄膜的平面电感，其特征在于：软磁材料细纹和软磁材料膜的材料选自硅钢、铁氧体、多晶软磁材料、非晶软磁材料或纳米晶软磁材料。7.根据权利要求6所述的基于条纹...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晨阳，罗曦，安静，牟星，何峻，
申请(专利权)人：钢铁研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：