一种基于柔性聚合物衬底的螺旋电感的制备方法技术

一种基于柔性聚合物衬底的螺旋电感的制备方法。包括如下步骤：（A）衬底上生长柔性薄膜；任选的（A1）在薄膜上溅射种子层，电镀磁性材料，生长柔性薄膜；任选的（A2）溅射种子层；（B）电镀线圈；（C）电镀磁芯；任选的步骤（C1）去除光刻胶和去除种子层；（D）生长柔性薄膜；任选的（D1）在薄膜上溅射种子层，电镀磁性材料，生长柔性薄膜；（E）剥离电感，得到柔性聚合物衬底的三明治结构螺旋电感。通过在柔性衬底上电镀铜线圈和铁镍磁芯得到的微型三明治结构螺旋电感L值和Q值高，面积小，可折叠，生物兼容性好，工艺简单，成本低。制得的电感可广泛应用于各种生物和非生物微系统中，特别是用于植入式的无线能量传输系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微纳加工领域，特别涉及。
技术介绍
聚对二甲苯(Parylene)是一种热塑性晶体聚合物。和其他聚合物相比，Parylene薄膜具有保型性好，化学惰性强，常温下不可溶解，生物兼容性极好，薄膜厚度小，透明，成本低，无毒，无污染等特点，因此在MEMS领域，特别是微流道和生物MEMS应用中能够发挥重要作用。柔性是Parylene固有属性之一，以Parylene作为柔性衬底的器件在生物医疗等领域中发挥重大作用，是近年来微纳加工领域的研究热点。已知的Parylene的结构有20多种，但可在微加工中使用的只有三种，即Parylene N, Parylene C和Parylene D,其中ParyleneC是普遍采用的一种结构。除Parylene外，聚酰亚胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等柔性聚合物也具有和Parylene类似的性质，因此也可以用于本专利技术所述的电感的制备。在集成电路或微系统中加入电感元件一直被视为挑战，因为现有电感一般都需要占据很大的面积来保证高L值和高Q值，这不仅会带来很大的损耗，而且使得力图实现小尺寸集成电路芯片的目标变得难以实现。利用电镀铜的方法可以有效减小线圈的阻抗，从而改善电感的性能。在电感线圈的中心加入由软磁材料制成的磁芯(如铁镍合金、钴镍猛磷合金、钴铁合金等)可有效提升电感的性能。根据之前的研究，例如Xuming Sun, YangZheng 等人在 2012 年发表的 Design andFabrication of Flexible Parylene-basedInductors withElectroplated NiFe Magnetic Core for Wireless PowerTransmissionSystem(IEEE-NEMS 2012, p. 238-242)(中文题目用于无线能量传输系统的带铁镍磁芯的柔性Parylene衬底的电感的设计与制备),和不带磁芯的电感相比，中心带有磁芯的电感的性能更为优越。因此，软磁材料可以提高电感的性能。但是，现有的MEMS电感由于结构简单、磁芯面积有限等原因，性能还有待进一步的提闻。另外，在生物医疗领域中，很多植入人体的器件需要保证其生物兼容性和柔性。因为植入式器件所处环境恶劣，一方面要保证器件不会和人体内的物质发生反应导致人体受到污染或者器件损坏，所以器件要具有良好的生物兼容性；另一方面，在人体活动时植入式器件有可能会发生形变甚至弯曲折叠，所以该器件还必须保证具有良好的柔性。Parylene作为一种惰性极强的高分子聚合物材料，其生物兼容性极好，且本身具有柔性，是作为植入式器件的覆盖层的绝佳材料。从以上介绍可知，软磁材料可以提高电感的性能，而柔性聚合物可以提供柔性和良好的生物兼容性，因此基于这些材料的更高性能的电感亟待研究和实现
技术实现思路
本申请的目的在于提出一种基于柔性衬底(如Parylene)的螺旋电感制备方法，利用电镀方法在Parylene表面生长金属线圈，并在线圈中心、底部和顶部电镀磁芯以提高电感的Q值，从而实现高性能的MEMS电感。本申请公开了，按顺序包括如下步骤(A)衬底上生长柔性薄膜；任选的(Al)在薄膜上溅射种子层，电镀磁性材料，生长柔性薄膜；任选的(A2)溅射种子层；(B)电镀线圈；(C)电镀磁芯；任选的步骤(Cl)去除光刻胶和去除种子层；(D)生长柔性薄膜；任选的(Dl)在薄膜上溅射种子层，电镀磁性材料，生长柔性薄膜；(E)剥离电感，得到柔性聚合物衬底的三明治结构螺旋电感。进一步的步骤(A)衬底为硅衬底，柔性薄膜为聚对二甲苯、聚酰亚胺或聚二甲基硅氧烷薄膜；步骤(B)电镀线圈包括厚胶光刻，定出线圈图形，电镀铜线圈；光刻胶是AZ9260、AZ4620，甩胶的厚度为10-15um;步骤(C)电镀磁芯包括厚胶光刻，定出磁芯位置，电镀磁芯；步骤(D)中沉积的柔性薄膜为聚对二甲苯、聚酰亚胺或聚二甲基硅氧烷薄膜；步骤(E)剥离为直接用手工剥离。进一步的步骤(A)柔性材料薄膜厚度是8_15um;步骤(Al)所述的种子层是Ti/Cu，Ti的厚度是10_30nm，Cu的厚度是100_300nm，先淀积Ti，再淀积Cu;电镀磁性材料为铁镍合金、钴铁合金；电镀时间为90-120分钟，电镀密度2-4ASD ;柔性薄膜厚度为8-15um ；步骤(A2)种子层是Ti/Cu，Ti的厚度是10_30nm，Cu的厚度是100_300nm，先淀积Ti,再淀积Cu ；步骤(B)所述的电镀时间是50-70分钟，电镀时的电流密度为IASD ；步骤(C)所述的磁芯，是铁镍合金、钴铁合金、钴镍锰磷合金，采用铁镍合金时电镀液中铁和镍的比例是20:80、30:70或40:60 ;电镀时间是90-120分钟，电镀时的电流密度是 2_4ASD ；步骤(Cl)为湿法腐蚀去除光刻胶和去除种子层，过程是将样品放入有机溶剂中完成的，去种子层的过程采用了湿法腐蚀的方法；若种子层为Ti和Cu，则方法是先将样品放入铜腐蚀液，待铜腐蚀干净后再将样品放入钛腐蚀液将钛腐蚀干净后取出，并用去离子水冲洗干净；步骤(D)柔性材料薄膜厚度是8_15um ；步骤(Dl)种子层是Ti/Cu，Ti的厚度是10_30nm，Cu的厚度是100_300nm，先淀积Ti，再淀积Cu ;电镀磁性材料为铁镍合金、钴铁合金；电镀时间为90-120分钟，电镀密度2-4ASD ;柔性薄膜厚度为8-15um。进一步的步骤(A)中薄膜厚度为lOum，薄膜为聚对二甲苯薄膜；步骤(Al)中Ti的厚度是15nm，Cu的厚度为150nm;步骤(B)中光刻胶厚度为IOum ；步骤(C)电镀铁镍磁芯，使用的镀液成分主要有硫酸镍、氯化镍、硫酸亚铁，电镀脉冲为4ASD，电镀时间为IOOmin ；步骤(Cl)中丙酮去胶，铜腐蚀液主要成分为冰醋酸和双氧水，腐蚀Cu时间为60s-70s,钛腐蚀液为氢氟酸,时间为40s-60s ；步骤(D)生长IOum厚的聚对二甲苯薄膜。本申请并公开了一种基于柔性聚合物衬底的螺旋电感，其采用上述方法制备。进一步的是任选具备顶部磁性薄膜和/或任选具备底部磁性薄膜的电感。优选是三明治结构的螺旋电感。上述螺旋电感的用途，其特征在于用于各种生物和非生物微系统中，优选用于植入式的无线能量传输系统。本专利技术提出的基于柔性衬底的三明治结构MEMS螺旋电感制备方法，给出了一种可行的高性能的电感结构，在铜线圈的上方、下方和中心全都镀上磁性材料，显著提高了电感的性能。由本专利技术可获得面积小、高Q值的柔性电感，有效解决了传统微系统中电感面积过大、性能差、生物兼容性差、难以弯曲的问题。本专利技术提出的新方法同时满足了植入式微系统对电感的柔性和电学性能的要求，利用本方法制备的电感经测试，L值和Q值较高，可弯曲可折叠，器件尺寸小。附图说明图1为本专利技术的基于柔性衬底的螺旋电感的模型(为了方便看出图形而省略了最上方的磁性薄膜，因此同时也可看做上述的不带顶部磁芯的简单结构的螺旋电感的模型);图2为本专利技术的基于柔性衬底的螺旋电感制备方法的工艺流程图；图3为本专利技术的基于柔性衬底的不含上下两层软磁薄膜的简单结构的螺旋电感制备方法的工艺流程图；图4为本专利技术的基于柔性衬底的只含底部软磁薄膜的螺旋电感制备方法的工艺流程图；图5为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于柔性聚合物衬底的螺旋电感的制备方法，按顺序包括如下步骤：（A）衬底上生长柔性薄膜；任选的（A1）在薄膜上溅射种子层，电镀磁性材料，生长柔性薄膜；任选的（A2）溅射种子层；（B）电镀线圈；（C）电镀磁芯；任选的步骤（C1）去除光刻胶和去除种子层；（D）生长柔性薄膜；任选的（D1）在薄膜上溅射种子层，电镀磁性材料，生长柔性薄膜；（E）剥离电感，得到柔性聚合物衬底的三明治结构螺旋电感。

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性聚合物衬底的螺旋电感的制备方法，按顺序包括如下步骤 (A)衬底上生长柔性薄膜； 任选的(Al)在薄膜上溅射种子层，电镀磁性材料，生长柔性薄膜； 任选的(A2)溅射种子层； (B)电镀线圈； (C)电镀磁芯； 任选的步骤(Cl)去除光刻胶和去除种子层； (D)生长柔性薄膜； 任选的(Dl)在薄膜上溅射种子层，电镀磁性材料，生长柔性薄膜； (E)剥离电感，得到柔性聚合物衬底的三明治结构螺旋电感。2.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于 步骤(A)衬底为硅衬底，柔性薄膜为聚对二甲苯、聚酰亚胺或聚二甲基硅氧烷薄膜；步骤(B)电镀线圈包括厚胶光刻，定出线圈图形，电镀铜线圈；光刻胶是AZ9260、AZ4620，甩胶的厚度为10-15um; 步骤(C)电镀磁芯包括厚胶光刻，定出磁芯位置，电镀磁芯； 步骤(D)中沉积的柔性薄膜为聚对二甲苯、聚酰亚胺或聚二甲基硅氧烷薄膜； 步骤(E)剥离为直接用手工剥离。3.—种如权利要求1或2所述的方法，其特征在于 步骤(A)柔性材料薄膜厚度是8-15um; 步骤(Al)所述的种子层是Ti/Cu，Ti的厚度是10-30nm，Cu的厚度是100_300nm，先淀积Ti，再淀积Cu;电镀磁性材料为铁镍合金、钴铁合金；电镀时间为90-120分钟，电镀密度2-4ASD ;柔性薄膜厚度为8-15um ； 步骤(A2)种子层是Ti/Cu，Ti的厚度是10-30nm，Cu的厚度是100_300nm，先淀积Ti，再淀积Cu ； 步骤(B)所述的电镀时间是50-70分钟，电镀时的电流密度为IASD ； 步骤(C)所述的磁芯，是铁镍合金、钴铁合金、钴镍锰磷合金，采用铁镍合金时电镀液中铁和镍的比例是20:80、30:70或40...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海霞，孙旭明，郑阳，李忠亮，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：