专利名称：一种微螺旋线圈及其制作方法
技术领域：
本发明设计一种线圈及其制作方法，特别设计一种微螺旋线圈及其制作方法。
背景技术：
微线圈可广泛用在马达、电感、变压器和环形天线及磁场系统中，如核磁共振、磁镊等设备中。据专业市场保守预估，线圈不考虑应用层面其市场规模每年可达一亿美元以上，若包含应用层面，市场规模更大。普通线圈一般用金属导线绕匝铁芯、钢芯等芯材而成， 由于导线较粗、磁芯体积大，所以形成的螺旋线圈体积大、耗费金属材料多，价格昂贵。尤其在生物和化学物质分析检测系统中，难以满足微量物质和高精度精密分析要求。而当线圈尺度减小，微线圈的加工制作是实现这类应用的关键技术之一。传统采用微细导线绕匝方式制作微线圈属于精密加工，其绕匝密度有限。而运用微机电系统和半导体制作工艺来制作微线圈，其尺度可达0. 01至1英寸，且制作的线圈尺度可达微米量级，制作精度高，可利用现有成熟半导体制作技术，是目前的一种发展趋势。目前已有采用半导体制作技术制作的微线圈均为平面结构，如公开号CN1533017A 发明专利所描述的一种双层双面平面微线圈制作，采用硅片为基底，经过双面氧化、光刻、 金属溅射、刻蚀等步骤，最终制作了双层结构平面微线圈。虽然采用此技术可制作出微尺度的线圈，但由于在结构上这类微线圈的磁场是垂直于基板，因而会在基板上产生感应电流， 导致能量损耗，降低其品质因数，故无法应用于高频的微波电路。此外，此类线圈由于主轴与芯片基板垂直，无法向上延伸，限制了其线圈数。公开号CN1463014A发明专利提出了一种采用半导体制作技术，先制作厚膜光阻结构，再完成其中所包含的多匝微线圈组所需的信道，再注入低熔点的导电材料进入厚膜光阻结构的信道当中，最终获得厚膜光阻结构支撑的多匝微线圈，这种方法虽然能实现线圈磁场与基板平行，但由于线圈采用了低熔点导电材料注入因而限制线圈导电性能进而导致线圈磁性能受限，此外由于单个线圈间存在直导线相连的结构限制其线圈匝密度提高，且线圈不能保持平行因而线圈内部磁场分布不均勻，并且该类微线圈和平面微线圈一样都需要基板支撑，无法灵活应用到集成微电子系统中。此外，上述微线圈制作过程中没有考虑线圈通电过程中产生热量如何散热问题，这会进一步限制其性能和降低其可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可实现高密度匝数，无需基板支撑结构，能采用高导电性能材料制作的微螺旋线圈及其制作方法，以解决目前平面微线圈及需基板支撑的微线圈所带来的线圈匝密度不高，微线圈需要基板支撑，所制作微线圈磁特性不好，如产生磁场垂直于基板、线圈内部磁场不均勻、方向不一致等缺点。本发明为解决技术问题采用如下技术方案本发明微螺旋线圈的结构特点是在圆柱状芯材的表面由内向外依次设置为内导热绝缘层，螺旋线圈层和外导热绝缘层。
本发明微螺旋线圈的结构特点也在于所述圆柱状芯材采用磁性或非磁性材料。所述内导热绝缘层和外导热绝缘层为导热绝缘材料层。所述螺旋线圈层为单层螺旋线圈或是多层螺旋线圈的叠加。本发明微螺旋线圈的制作方法的特点是按如下工艺制作a、在圆柱状芯材的表面采用真空镀膜、或电子束镀膜、或磁控溅射镀膜、或脉冲激光沉积镀膜的方式制作内导热绝缘层，或采用导热绝缘固化胶进行涂覆固化制作内导热绝缘层；b、在所述内导热绝缘层的外表面采用真空镀膜、或电子束镀膜、或磁控溅射镀膜、 或脉冲激光沉积镀膜的方式形成以螺旋线圈层的材料为材质的金属薄膜；在所述金属薄膜的表面涂覆光刻胶，并进行甩胶、烘干处理；C、按螺旋线圈层的螺旋线圈轨迹对光刻胶进行曝光、显影和定影处理，使金属薄膜按螺旋线圈轨迹得到保护，其余部分暴露；再对暴露的金属薄膜采用化学或物理方法进行刻蚀，形成螺旋线圈层；去除螺旋线圈层上残留的光刻胶，经清洗和烘干处理；d、在螺旋线圈层上采用真空镀膜、或电子束镀膜、或磁控溅射镀膜或脉冲激光沉积镀膜的方式形成外导热绝缘层，以所述外导热绝缘层将所述螺旋线圈层覆盖即成。本发明微螺旋线圈的制作方法的特点也在于重复步骤b_c形成螺旋线圈层的多层叠加结构。与已有技术相比，本发明的有益效果体现在1、本发明微螺旋线圈可通过控制线圈导线宽度和螺距，或可采用多层线圈叠加的结构来实现高密度线圈匝数，从而实现强磁场；2、本发明基于半导体微加工制作技术，能实现具有不同线圈直径，高密度匝数，无需基板支持，可灵活移动的微螺旋线圈；微螺旋线圈中磁场均勻，且磁场方向的一致性好； 线圈具有良好的散热特性，可极大提高线圈的可靠性。
附图说
图1为本发明微螺旋线圈结构示意图；图中标号1圆柱状芯体；2内导热绝缘层；3微螺旋线圈层；4外导热绝缘层。
具体实施例方式参见图1，本实施例中的微螺旋线圈是在圆柱状芯材1的表面由内向外依次设置为内导热绝缘层2，螺旋线圈层3和外导热绝缘层4。圆柱状芯材1可以采用磁性或非磁性材料，包括金属材料、合金材料和非金属材料，采用磁性材料可以有效提高磁场强度；内导热绝缘层2和外导热绝缘层3为导热绝缘材料层，螺旋线圈层3可以为单层螺旋线圈或为多层螺旋线圈的叠加，多层螺旋线圈的叠加可以实现更高的线圈密度，用于产生更强的磁场。微螺旋线圈按如下步骤制作1、选择直径为125微米的圆柱状芯材1，用酒精超声振荡清洗表面并烘干处理，在
4圆柱状芯材1的表面采用真空镀膜、或电子束镀膜、或磁控溅射镀膜、或脉冲激光沉积镀膜的方式制作内导热绝缘层2，或采用导热绝缘固化胶进行涂覆固化制作内导热绝缘层2 ；具体制作可以是涂覆厚度为30-50微米的印otek-930导热绝缘固化胶，在烘箱中以150°C固化15分钟，固化完成后取出冷却待用；2、在内导热绝缘层2的外表面采用真空镀膜、或电子束镀膜、或磁控溅射镀膜、或脉冲激光沉积镀膜的方式形成以螺旋线圈层3的材料为材质的金属薄膜；在金属薄膜的表面涂覆光刻胶，并进行甩胶、烘干处理；具体制作可以是采用旋转镀膜的方式，在导热绝缘层2的表面镀银膜，银膜厚度为40-50微米，也可以是其它导电材料；3、按螺旋线圈层3的螺旋线圈轨迹对光刻胶进行曝光、显影和定影处理，使金属薄膜按螺旋线圈轨迹得到保护，其余部分暴露；再对暴露的金属薄膜采用化学或物理方法进行刻蚀，形成螺旋线圈层3 ；去除螺旋线圈层3上残留的光刻胶，经清洗和烘干处理；4、在螺旋线圈层3上采用真空镀膜、或电子束镀膜、或磁控溅射镀膜或脉冲激光沉积镀膜的方式形成外导热绝缘层4，以外导热绝缘层4将螺旋线圈层3覆盖即成。具体制作可以是在螺旋线圈层3的表面涂覆厚度为30-50微米的印otek-930导热绝缘固化胶，在烘箱中以150°C固化15分钟形成外导热绝缘层4。通过重复步骤2和步骤3以形成螺旋线圈层3的多层叠加结构。
权利要求
1.一种微螺旋线圈，其特征是在圆柱状芯材(1)的表面由内向外依次设置为内导热绝缘层(2)，螺旋线圈层(3)和外导热绝缘层(4)。
2.根据权利要求1所述的微螺旋线圈，其特征是所述圆柱状芯材(1)采用磁性或非磁性材料。
3.根据权利要求1所述的微螺旋线圈，其特征是内导热绝缘层( 和外导热绝缘层 (3)为导热绝缘材料层。
4.根据权利要求1所述的微螺旋线圈，其特征是所述螺旋线圈层(3)为单层螺旋线圈或是多层螺旋线圈的叠加。
5.一种权利要求1所述的微螺旋线圈的制作方法，其特征是按如下工艺制作a、在圆柱状芯材(1)的表面采用真空镀膜、或电子束镀膜、或磁控溅射镀膜、或脉冲激光沉积镀膜的方式制作内导热绝缘层O)，或采用导热绝缘固化胶进行涂覆固化制作内导热绝缘层⑵；b、在所述内导热绝缘层O)的外表面采用真空镀膜、或电子束镀膜、或磁控溅射镀膜、 或脉冲激光沉积镀膜的方式形成以螺旋线圈层(3)的材料为材质的金属薄膜；在所述金属薄膜的表面涂覆光刻胶，并进行甩胶、烘干处理；c、按螺旋线圈层(3)的螺旋线圈轨迹对光刻胶进行曝光、显影和定影处理，使金属薄膜按螺旋线圈轨迹得到保护，其余部分暴露；再对暴露的金属薄膜采用化学或物理方法进行刻蚀，形成螺旋线圈层(3)；去除螺旋线圈层(3)上残留的光刻胶，经清洗和烘干处理；d、在螺旋线圈层C3)上采用真空镀膜、或电子束镀膜、或磁控溅射镀膜或脉冲激光沉积镀膜的方式形成外导热绝缘层(4)，以所述外导热绝缘层(4)将所述螺旋线圈层( 覆盖即成。
6.根据权利要求5所述的微螺旋线圈的制作方法，其特征是重复步骤b-c形成螺旋线圈层(3)的多层叠加结构。
全文摘要
本发明公开了一种微螺旋线圈及其制作方法，其特征是在圆柱状芯材的表面由内向外依次设置为内导热绝缘层，螺旋线圈层和外导热绝缘层。本发明是在圆柱状芯体的表面进行半导体微加工工艺制作微螺旋线圈，能实现具有不同线圈直径，高密度匝数，无需基板支持，可灵活移动的微螺旋线圈；微螺旋线圈中磁场均匀，且磁场方向的一致性好；线圈具有良好的散热特性。
文档编号H01F5/00GK102360685SQ20111022090
公开日2012年2月22日 申请日期2011年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者任东旭, 俞本立, 刘岩, 卢璐, 徐峰, 曹志刚, 汪辉 申请人:安徽大学