专利名称：软磁合金薄带磁芯螺线管微电感器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微电子技术领域的器件，具体是一种软磁合金薄带磁芯螺 线管微电感器件。
背景技术：
近年来，随着微机电系统(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及射频 一微机电系统(RF—MEMS)器件的一种最先进的技术。在国际上，采用MEMS技术 研制三维结构磁性微电感器件应运而生。由于非晶纳米晶软磁合金薄带材料的 新进展，国内外釆用非晶纳米晶软磁合金薄带做磁芯制造大型功率变压器、脉 冲变压器、磁开关等正在走向商业化。鉴于磁性微电感器件是磁芯结构，磁芯 材料的选择对提高电感器件的性能是极其关键的(1)高磁导率来获得大电感 量；(2)高饱和磁感应强度以保证高饱和电流；(3)高电阻率以降低涡流损耗。 另外，磁性微电感器件要求具有封闭的磁路结构，以减少漏磁通。因此，选用 高磁导率、高饱和磁感应强度和高电阻率的非晶纳米晶软磁合金薄带做磁芯， 是提高磁性微电感器件特性的关键之一 。
电感器件是电路中的一个基本的元器件,当电感器件通以变化的电流时，变 化的电流将产生磁场，产生自感电动势，自感电动势具有对抗电流变化的特性， 是电感器件中电流变化的一种特殊阻力。在正弦交流电路中，自感电动势对正 弦电流呈现的阻力叫感抗，用I,表示，Zi=2; /I，丄是电感器件的电感量，/
为频率。电感器件的储能f/与电感量丄、电流/的平方成正比，即[/ =丄丄/2。
2
因此，要获得大的储能，电感器件的电感量要大，电流的承载容量要大。另外， 电感器件本身存在电阻i ，要消耗电能的，要获得大的储能，器件的品质因子0
要高，2 = ^。经对现有技术的文献检索发现，Kim等(C. S. Kim， S. Bae， S. E. Nam， H. J. Kim)在《IEEE TRANSACTION ON MAGNETICS》(美国电气和电子 工程师学会磁学杂志)(VOL. 37，N0.4，pp.2894 2896,JULY， 2001)上发表了 "Fabrication of high frequency DC DC converter using Ti/FeTaN film inductor ，， (用于高频DC DC变换器的Ti/FeTaN薄膜电感) 一文，该文提及了由双矩形纳 米晶FeTaN薄膜构成的平面螺旋型微电感器件，尺寸为7.8mmxl0mm，在2MHz 下电感量为1.6uH，品质因子为2.3;该微电感由玻璃衬底、底层FeTaN薄膜、 Si02绝缘层、铜平面螺旋线圈、引脚、环氧胶及带有顶层FeTaN薄膜的玻璃衬 底组成；Park等(J. W. Park, M. G. Allen)在《IEEE TRANSACTION ON MAGNETICS》(美国电气和电子工程师学会磁学杂志)(VOL. 39, NO. 5, pp. 3184 3186，SEPTMEMBER， 2003)上发表了 "Ultralow profile micromachined power inductors with highly laminated Ni/Fe cores: Application to 1ow Megahertz DC DC converters"(采用多层Ni/Fe磁芯的超低外形的微机械功率电感用 于低频MHz的DC DC变换器) 一文，该文提及了由多层Ni/Fe薄膜微电感构成 的微型化DC DC变换器，微电感器件的尺寸为ll.5mmx5.7mm，在3MHz下 电感量为2.3uH，品质因子为9.2。该微电感由玻璃衬底、磁芯螺线管、引脚组 成，磁芯螺线管由底层线圈、磁芯、SU8胶、顶层线圈和连接导体组成，磁芯 为电镀的多层Ni/Fe薄膜。
至今未见将铁基非晶纳米晶软磁合金薄带应用于微电感器件的制作的报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种软磁合金薄带磁芯螺线 管微电感器件。本发明解决了以软磁合金薄带为磁芯的螺线管线圈的立体绕线 和层间的绝缘问题及高深宽比的电镀问题，使得微电感器件的高频性能大大提 高，具有广泛的用途。
本发明是通过以下技术方案实现的，
本发明包括衬底、引脚、线圈、磁芯、粘结层、聚酰亚胺绝缘层，所述 的磁芯的材料为软磁合金薄带，磁芯为闭合的矩形，磁芯上对称绕制两组相连 的三维立体螺线管线圈，线圈位于衬底上，线圈由底层线圈、顶层线圈通过连 接导体连接形成，线圈的两端连接引脚，磁芯通过粘结层粘贴于底层线圈上，底层线圈、顶层线圈、连接导体均通过聚酰亚胺绝缘层与磁芯隔开。
所述线圈的形状为螺线管，每一匝导体的宽度为50um，厚度为10 20um。 所述线圈各匝之间的间隔为50um。
所述底层线圈的导体长度为1100 1500um，匝数为40 50匝。
所述顶层线圈的导体长度为1100 1500um，匝数为40 50匝。
所述连接导体的空间形状为四棱柱体。
所述连接导体的高度为40 55 u m。
所述磁芯宽度为800 1200lim，厚度为15 30nm。
所述粘结层的材料为环氧胶。
所述软磁合金薄带具体为铁基非晶纳米晶软磁合金薄带；软磁合金薄带的 宽度为20 40mm，厚度为15 30um;软磁合金薄带的成分为F^OuNbsSiuBw, 或者为在Fe73CihNb3SiuBw基础上添加V或Cr改性后得到的组分。
与现有技术相比，具有以下有益的效果本发明是三维立体结构，在频率 1MHz下电感量为7 10uH，品质因子大于l，尺寸小于4mmX4mm，可广泛用于 各种便携式电子产品如手机、笔记本电脑、数码照相机、MP3等；本发明采用软 磁合金薄带作为磁芯材料，有利于提高器件的高频性能，具有工作频率高、低 的电阻、高的电感量、高品质因子、高效率、低损耗等优点；本发明可与现有 的集成电路工艺集成，构成电路功能模块如振荡器、滤波器、DC DC变换器等； 本发明采用聚酰亚胺做绝缘材料和采用精密抛光技术，提高了器件加工工艺过 程中基片的平整度、均匀性和成品率；本发明可封装成SMD器件；本发明是采 用MEMS技术研制的，制作技术可以与大规模集成电路工艺完全兼容，易于大批 量生产和低成本等。
图1为实施例1的微电感器件结构示意图2为图1中的微电感器件结构沿A A方向的剖面示意图。
具体实施例方式
以下实例将结合附图对本发明作进一步说明。本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件， 或按照制造厂商所建议的条件。实施例
如图1和图2所示，本实施例的软磁合金薄带磁芯螺线管微电感器件包括
衬底l、引脚2、线圈3、磁芯4、粘结材料9、聚酰亚胺绝缘材料6，闭合的矩 形磁芯4上对称绕制两组相连的三维立体螺线管线圈3，线圈3位于衬底1上， 由底层线圈5、顶层线圈8通过连接导体7连接形成，线圈3的两端连接引脚2， 线圈3的底层线圈5、顶层线圈8、连接导体7均通过聚酰亚胺绝缘材料6与磁 芯4隔开，磁芯4通过粘结材料9粘贴于底层线圈5上，所述的粘结材料9为 环氧胶，所述的磁芯4的材料为软磁合金薄带，具体为铁基非晶纳米晶软磁合 金薄带。其中，线圈3的形状为螺线管，每一匝导体的宽度为50um，厚度为 10 20um，各匝之间的间隔为50um。底层线圈5、顶层线圈8的导体长度为 1100 1500ym，匝数为40 50匝，高频lMHz下微电感器件的电感量为7 10 U H， 1 10MHz下最高的品质因子为2 4。连接导体7的空间形状为四棱柱体， 高度为40 55nm。磁芯4，宽度为800 1200 y m,厚度为15 30um。微电感 器件的外形尺寸4腿X4mm。
本实施例中的软磁合金薄带为铁基非晶纳米晶软磁合金薄带，先是采用单辊 或双辊急冷喷带法制备铁基非晶软磁合金薄带，然后在真空炉中450 55(TC下 等温处理0.5 1小时进行纳米晶化，得到纳米晶软磁合金薄带。薄带的制备原 理是利用感应线圈使合金在氩气保护下在坩埚内熔化，然后加大氩气气压将合 金熔体流经喷嘴而形成射流喷向高速旋转的冷却辊(通常为铜辊)上，冷凝成为 薄带。通过选用不同口径大小的喷嘴可以控制薄带的宽度，通过调节气压、喷嘴 与铜辊的间距可以控制熔体的流速，从而控制薄带的厚度。
权利要求
1、一种软磁合金薄带磁芯螺线管微电感器件，其特征在于，包括衬底(1)、引脚(2)、线圈(3)、磁芯(4)、聚酰亚胺绝缘层(6)、粘结层(9)，磁芯(4)为闭合的矩形，磁芯(4)上对称绕制两组相连的三维立体螺线管线圈(3)，线圈(3)位于衬底(1)上，线圈(3)由底层线圈(5)、顶层线圈(8)通过连接导体(7)连接形成，线圈(3)的两端连接引脚(2)，磁芯(4)通过粘结层(9)粘贴于底层线圈(5)上，底层线圈(5)、顶层线圈(8)、连接导体(7)均通过聚酰亚胺绝缘层(6)与磁芯(4)隔开，所述的磁芯(4)的材料为铁基非晶纳米晶软磁合金薄带。
2、 如权利要求1所述的软磁合金薄带磁芯螺线管微电感器件，其特征是， 所述线圈(3)的形状为螺线管，每一匝导体的宽度为50ym，厚度为10 20ix m。
3、 如权利要求2所述的软磁合金薄带磁芯螺线管微电感器件，其特征是， 所述线圈(3)各匝之间的间隔为50ura。
4、 如权利要求1所述的软磁合金薄带磁芯螺线管微电感器件，其特征是， 所述底层线圈(5)的导体长度为1100 1500um，匝数为40 50匝。
5、 如权利要求1所述的软磁合金薄带磁芯螺线管微电感器件，其特征是， 所述顶层线圈(8)的导体长度为1100 1500um，匝数为40 50匝。
6、 如权利要求1所述的软磁合金薄带磁芯螺线管微电感器件，其特征是， 所述连接导体(7)的空间形状为四棱柱体。
7、 如权利要求1或者6所述的软磁合金薄带磁芯螺线管微电感器件，其特 征是，所述连接导体(7)的高度为40 55pm。
8、 '如权利要求1所述的软磁合金薄带磁芯螺线管微电感器件，其特征是， 所述磁芯(4)的宽度为800 1200um，厚度为15 30"m。
9、 如权利要求1所述的软磁合金薄带磁芯螺线管微电感器件，其特征是， 所述粘结层(9)的材料为环氧胶。
10、 如权利要求1所述的软磁合金薄带磁芯螺线管微电感器件，其特征是， 所述软磁合金薄带的宽度为20 40mra，厚度为15 30um。
全文摘要
一种微电子技术领域的软磁合金薄带磁芯螺线管微电感器件，包括衬底、引脚、线圈、磁芯、粘结材料、聚酰亚胺绝缘材料，闭合的矩形磁芯上对称绕制两组相连的三维立体螺线管线圈，线圈位于衬底上，由底层线圈、顶层线圈通过连接导体连接形成，线圈的两端连接引脚，线圈的底层线圈、顶层线圈、连接导体均通过聚酰亚胺绝缘材料与磁芯隔开，所述的磁芯材料为铁基非晶纳米晶软磁合金薄带。本发明解决了以软磁合金薄带为磁芯的螺线管线圈的立体绕线和层间的绝缘问题及高深宽比的电镀问题，使得微电感器件的高频性能大大提高，具有广泛的用途。
文档编号H01F17/06GK101656137SQ20091005669
公开日2010年2月24日 申请日期2009年8月20日 优先权日2009年8月20日
发明者勇 周, 周庆华, 冲 雷 申请人:上海交通大学