一种三维电感线圈及其制备方法与流程

本发明涉及电子元器件领域，尤其是涉及到一种三维电感线圈及其制备方法。

背景技术：
电感线圈是电路中必不可少的基本元器件之一，在开关电源、射频电路中，电感线圈都发挥着重要的作用。一般来说，电感线圈的中心有一个磁芯，磁芯外面有线圈骨架，在线圈骨架上饶有线圈。随着微加工技术的发展，微机电系统（MEMS）得到了人们越来越广泛的关注。电子元器件向着小型化的方向发展。在此背景下，电感线圈也向着小型化的方向发展。MEMS的电感线圈可以分为平面电感和三维电感。对应于平面电感来说，磁芯是平面的薄膜结构，线圈于磁芯位于一个平面上，且线圈围绕着磁芯进行螺旋的布线，平面电感的主要问题是，漏磁大，品质因数低。对于三维电感，磁芯是薄膜结构，但是，线圈是缠绕在磁芯上的，这与宏观的电感线圈类似。然而，对于MEMS的三维电感线圈，由于其尺寸进入微米到百微米级别，这使得MEMS的三维电感线圈加工起来非常的复杂，特别是三维的螺旋线圈，需要进行多步的光刻、刻蚀等工序。探索新型的微型三维电感线圈的设计和制备方法，对于MEMS电感线圈的发展有重要的意义。

技术实现要素：
本发明针对现有MEMS三维电感线圈存在的不足，提供一种三维电感线圈及其制备方法，该三维电感线圈采用柔性衬底、磁性电极，结构、制备方法简单，只需要光刻的lift-off工艺，不需要后续刻蚀工艺，适合低成本的MEMS三维电感的制作，也为发展新型的三维MEMS电感提供了思路。为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种三维电感线圈，包括柔性衬底、薄膜导线、磁性电极、软磁薄膜电极、软磁薄膜引线电极、绝缘层、磁芯薄膜、引线，其中，薄膜导线、磁性电极、软磁薄膜电极和软磁薄膜引线电极位于柔性衬底上，软磁薄膜引线电极共2个，位于柔性衬底的上边缘的左右两侧；软磁薄膜电极和软磁薄膜引线电极的总个数与磁性电极的个数相同，且软磁薄膜电极和软磁薄膜引线电极位于柔性衬底的上边缘，磁性电极位于柔性衬底的下边缘，软磁薄膜电极、软磁薄膜引线电极与磁性电极以柔性衬底的中心线为对称线，一一对应；从柔性衬底的左侧起，第一个磁性电极与第一个软磁薄膜电极通过薄膜导线相连接，第二个磁性电极与第二个软磁薄膜电极通过薄膜导线相连接，以此类推，且倒数第二个磁性电极与最右侧的软磁薄膜引线电极通过薄膜导线相连接；绝缘层位于薄膜导线上，位于软磁薄膜电极、软磁薄膜引线电极与磁性电极之间；磁芯薄膜位于绝缘层之上；引线连接在软磁薄膜引线电极上；柔性衬底沿着中心线弯折后，第一个磁性电极与最左侧的软磁薄膜引线电极相吸引，倒数第一个磁性电极与最右侧的软磁薄膜引线电极相吸引，介于第一个磁性电极与倒数第一个磁性电极之间的磁性电极与对应的软磁薄膜电极相吸引，自动实现三维电感线圈电极的对应和连通。上述技术方案中：所述的柔性衬底为绝缘的塑料柔性衬底或者是不锈钢柔性衬底上沉积有绝缘的薄膜；所述的磁性电极为矫顽力大于30Oe的金属性磁性薄膜，且其厚度大于500nm；所述的软磁薄膜电极和软磁薄膜引线电极为矫顽力小于3Oe的金属性软磁薄膜，且其厚度大于300nm；所述的磁芯薄膜为软磁铁氧体薄膜或软磁金属薄膜，其厚度大于100nm；所述的薄膜引线为金属薄膜材料，其厚度大于30nm；所述的软磁薄膜引线电极的面积大于软磁薄膜电极或磁性电极的面积，且软磁薄膜电极和磁性电极的面积相同。上述三维电感线圈的制备方法如下：步骤1：利用光刻的曝光、显影工艺，在柔性衬底上制备出薄膜导线的图案；步骤2：利用磁控溅射的方法在薄膜导线的图案上沉积金属薄膜，并利用丙酮将光刻胶清洗掉，完成薄膜导线的制备；步骤3：利用光刻的曝光、显影工艺，在柔性衬底上制备出磁性电极、软磁薄膜电极和软磁薄膜引线电极的图案，且上述图案与薄膜导线形成交叠；步骤4：利用掩膜板遮挡住磁性电极的图案；步骤5：利用磁控溅射的方法在软磁薄膜电极和软磁薄膜引线电极的图案处沉积金属性软磁薄膜；步骤6：利用掩膜板遮挡住软磁薄膜电极和软磁薄膜引线电极；步骤7：利用磁控溅射的方法在磁性电极的图案处沉积矫顽力大于30Oe的金属性磁性薄膜，当在沉积温度小于200度时，柔性衬底选择塑料柔性衬底或者是沉积有绝缘薄膜的不锈钢柔性衬底，当沉积温度大于200度时，柔性衬底选择有绝缘薄膜的不锈钢柔性衬底；步骤8：利用丙酮将光刻胶清洗掉，完成磁性电极、软磁薄膜电极和软磁薄膜引线电极的制备；步骤9：利用光刻的曝光、显影工艺，完成磁芯薄膜的图案制备；步骤10：利用磁控溅射的方法在磁芯薄膜的图案处依次制备绝缘层、磁芯薄膜，并利用丙酮清洗光刻胶；步骤11：将引线通过银胶固定在软磁薄膜引线电极上；步骤12：将经过步骤11后的柔性衬底放置在磁场中，磁场强度在0.1到2T之间，对磁性电极进行充磁，充磁时间大于10min；步骤13：将柔性衬底沿着中心线弯折，充磁后的磁性电极吸引软磁薄膜电极、软磁薄膜引线电极，自动实现三维电感线圈电极的对应和连通，形成三维电感线圈；步骤14：将经过步骤13的三维电感线圈的边缘采用万能胶水进行密封。本发明在柔性衬底上沉积了磁性薄膜材料作为电极，设计出三维电感的电极、连接引线的分布之后，利用磁场对磁性电极进行充磁，通过弯曲柔性衬底，自然形成了三维的电感线圈，而且，由于电极是磁性材料构成，自动吸引、对齐，十分便捷。本发明，只需要光刻的lift-off工艺，不需要后续刻蚀工艺，适合低成本的MEMS三维电感的制作，也为发展新型的三维MEMS电感提供了思路。附图说明图1是本发明的三维电感线圈的电极、电极连接分布示意图；图2是本发明的绝缘层、磁芯薄膜结构示意图；图3是本发明柔性衬底弯折之前的三维电感线圈结构示意图。图中：1柔性衬底、2薄膜导线、3磁性电极、4软磁薄膜电极、5软磁薄膜引线电极、6绝缘层、7磁芯薄膜、8引线。具体实施方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。图1是本发明的三维电感线圈的电极、电极连接分布示意图，图2是本发明的绝缘层、磁芯薄膜结构示意图，图3是本发明柔性衬底弯折之前的三维电感线圈结构示意图，图中，柔性衬底1、薄膜导线2、磁性电极3、软磁薄膜电极4、软磁薄膜引线电极5、绝缘层6、磁芯薄膜7、引线8，其中，薄膜导线2、磁性电极3、软磁薄膜电极4和软磁薄膜引线电极6位于柔性衬底1上，软磁薄膜引线电极5共2个，位于柔性衬底1的上边缘的左右两侧；软磁薄膜电极4和软磁薄膜引线电极5的总个数与磁性电极3的个数相同，且软磁薄膜电极4和软磁薄膜引线电极5位于柔性衬底1的上边缘，磁性电极3位于柔性衬底1的下边缘，软磁薄膜电极4、软磁薄膜引线电极5与磁性电极3以柔性衬底1的中心线为对称线，一一对应；从柔性衬底的左侧起，第一个磁性电极3与第一个软磁薄膜电极4通过薄膜导线2相连接，第二个磁性电极3与第二个软磁薄膜电极4通过薄膜导线2相连接，以此类推，且倒数第二个磁性电极3与最右侧的软磁薄膜引线电极5通过薄膜导线相连接；绝缘层6位于薄膜导线2上，位于软磁薄膜电极...