一种平面线圈的制作方法与流程

本发明属于机电工艺技术领域，方法涉及一种平面线圈的制作方法。

背景技术：

金属线圈是机电领域常见的导线线组，应用领域非常广泛，传统线圈一般由导线一根一根绕起来，导线彼此相互绝缘。在加速度计和微电机中可用于力矩器激励环和微定子线圈，传统力矩器和电机中线圈均需装配工艺集成，线圈受环境影响产生变形直接传递至器件关键结构，产生误差。

近年来，不断衍生出各种平面线圈替代传统绕制线圈，这些平面线圈的制作主流有两种方式，一是基于微机电系统(mems)工艺制作高深宽比微结构线圈，主要通过准liga工艺、聚合物或su8工艺等,但是这些工艺都较复杂，且成本高，成品率低且只能制作单层线圈；二是基于印制电路板(pcb)工艺制作绕组线圈虽然工艺简单、成本低廉，但线圈的高深宽比受到限制，连接正反面线圈的过线孔制作困难，位置精度难以保证。

技术实现要素：

鉴于现有技术的上述情况，本发明的目的是提供一种平面线圈的制作方法，该方法直接在基底材料上集成多匝线圈制作，工艺简单。

本发明的方法将基底进行绝缘层涂覆，表面镀制金属层，金属层刻蚀出线圈结构，再次进行绝缘层涂覆并制作导通孔，表面镀制金属层，金属层再次刻蚀出线圈结构，重复上述绝缘层涂覆与镀制金属层和刻蚀线圈结构步骤，直至制作出需要的线圈匝数。

具体地，按照本发明，提供一种平面线圈的制作方法，所述方法包含以下步骤：

通过沉积，对基底表面进行第一绝缘层涂覆；

在第一绝缘层表面镀制金属层，采用光刻、湿法刻蚀，将上述金属层刻蚀出线圈结构和焊盘；

通过沉积，在上述线圈结构和焊盘表面进行第二绝缘层涂覆，并利用光刻、湿法刻蚀，制作导通孔；

在上一步中形成的绝缘层和导通孔表面镀制金属层，采用光刻、湿法刻蚀，将该金属层刻蚀出线圈结构；

重复上述沉积绝缘层和制作导通孔与镀制金属层和刻蚀线圈结构的步骤，直至制作出需要的线圈匝数。

进一步的，所述基底可以为单晶硅、石英、玻璃或金属材料；可用于制作力矩器激励环、电机定子线圈，以满足器件设计要求。

进一步的，所述沉积可以为化学气相沉积、等离子体气相沉积、蒸发物理沉积、磁控溅射物理沉积，沉积材料为二氧化硅，用以制作绝缘层，厚度0.5～2μm。

进一步的，所述光刻、湿法刻蚀绝缘层采用正性光刻胶，光刻工艺实现图形化，湿法刻蚀技术为40％(质量)氢氟酸、40％(质量)氟化铵、水体积比为1：3：15的混合溶液(boe溶液)，用以实现导通孔制作。

进一步的，所述镀制金属层，采用蒸发镀膜、磁控溅射镀膜、离子束磁控溅射镀膜，金属可以为良导体金属，优选地，为铝、铜、金或银，金属层厚度0.5～3μm。

进一步的，所述光刻、湿法刻蚀金属层采用正性光刻胶，光刻工艺实现图形化，湿法刻蚀技术为铝、铜、金、银相应金属刻蚀液，用以制作金属线圈结构，线圈截面宽度3～100微米。

进一步的，所述线圈匝数根据设计需求，可以为3～20匝。

本发明的方法以mems工艺技术为基础，结合pcb工艺方法直接在基底材料上集成线圈制作，实现多匝数线圈制作，此外，本发明的方法工艺简单，可批量生产制作，具有较强的工艺一致性，无需进行复杂的装配工艺。

附图说明

图1为本发明的平面线圈的制作方法的工序示意图(图中左侧为俯视图，右侧为侧视图)。

具体实施方式

为了更清楚地理解本发明的目的、技术方案及优点，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。下面结合附图对本发明的方法作进一步的说明：

本发明的平面线圈的制作方法包括：

第一步：制作第一层绝缘层2

在基底1(参见图1(a))表面通过化学气相沉积，沉积厚度为0.5～2μm的二氧化硅，作为第一层绝缘层2，参见图1(b)。基底1可以为单晶硅、石英、金属等材料，用以满足加速度计挠性摆设计要求。

化学气相沉积参数为使用正硅酸乙酯，800℃，400mtorr真空，80sccm流量沉积。本实施例中选用了上述工艺参数，但工艺参数不仅限于此，可根据具体设备型号进行调整，这在本领域技术人员的能力范围内。

本实施例中选用化学气相沉积沉积厚度为0.5～2μm的二氧化硅，但不仅限于此，可采用其他例如等离子体气相沉积、蒸发物理沉积、磁控溅射物理沉积，只要能够沉积实现绝缘效果的二氧化硅即可。

第二步：制作第一匝金属线圈3和金属焊盘4

采用蒸发镀膜机镀制铝金属层，镀制真空度大于8×10^-4pa，镀制速率20～30nm/min。

选用az6130光刻胶，2000转/分钟进行涂胶，前烘80℃5分钟，曝光：光强7～12mw/cm²，曝光时间16sec，使用az300mif显影剂显影60秒，后烘，完成金属线圈图形光刻。

使用浓磷酸、浓硝酸、冰乙酸比例为1500：100：100ml的铝刻蚀液在50℃条件下刻蚀5分钟，刻蚀实现金属线圈3和金属焊盘4的制作，参见图1(c)。

本实施例中选用蒸发镀膜机，但不仅限于此，可采用其他例如磁控溅射镀膜机，离子束磁控溅射机，只要能够实现金属层镀制即可。

本实施例中选用了金属铝，但不仅限于此，可采用其他良导体金属例如金、银、铜，只要能够实现高导通性能金属线圈制作即可。

第三步：制作第二层绝缘层2和导通孔5

在金属线圈表面层通过化学气相沉积沉积厚度为0.5～2μm的二氧化硅，作为第二层绝缘层2。

选用az6130光刻胶，2000转/分钟进行涂胶，前烘80℃5分钟，曝光：光强7～12mw/cm²，曝光时间16sec，使用az300mif显影剂显影60秒，后烘，完成导通孔图形光刻。

使用40％(质量)氢氟酸、40％(质量)氟化铵、水体积比为1：3：15的混合溶液(boe溶液)进行刻蚀，实现导通孔5制作，参见图1(d)。

第四步：制作第二层金属线圈3

采用蒸发镀膜机镀制铝金属层，镀制真空度大于8×10^-4pa，镀制速率20～30nm/min。

选用az6130光刻胶，2000转/分钟进行涂胶，前烘80℃5分钟，曝光：光强7～12mw/cm²，曝光时间16sec，使用az300mif显影剂显影60秒，后烘，完成金属线圈图形光刻。

使用浓磷酸、浓硝酸、冰乙酸比例为1500：100：100ml的铝刻蚀液在50℃条件下刻蚀5分钟，刻蚀实现金属线圈3和金属焊盘4的制作，参见图1(e)。

第五步：制作第n层金属线圈3和金属焊盘4

重复进行第三步和第四步，直至实现制作第n层金属线圈3和金属焊盘4。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种平面线圈的制作方法，包含以下步骤：在基底(1)上进行第一绝缘层(2)涂覆，表面镀制金属层，金属层刻蚀出金属线圈(3)和金属焊盘(4)结构，再次进行第二绝缘层(2)涂覆并制作导通孔(5)，表面镀制金属层，金属层再次刻蚀出金属线圈(3)结构，重复上述第二绝缘层(2)涂覆和制作导通孔(5)与镀制金属层和刻蚀金属线圈(3)结构的步骤，直至制作出需要的线圈匝数为止，实现平面线圈制作。本发明平面线圈的制作方法，直接在基底材料上集成线圈制作，可实现材料高性能热应力匹配，提升器件性能，此外，本发明工艺简单，可批量生产制作，具有较强的工艺一致性，无需进行复杂的装配工艺。

技术研发人员：赵坤帅;李鹏飞;张志刚;余才佳
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所
技术研发日：2018.07.24
技术公布日：2019.01.04