一种制备集成电感多元复合磁芯层的方法与流程

本发明涉及微电子与印制电路板领域，具体为一种基于化学沉积法制备具有双相结构的集成电感多元复合磁芯层的方法。

背景技术：

作为三大重要的无源器件之一，电感器在射频、电源以及滤波等电路模块中起着非常重要的作用，因而是电子产品中必不可缺的部件。但是，随着电子产品，特别是便携式产品向集成化和小型化方向发展，这就要求电感必须对自身性能不断优化，减小体积，降低成本，并且具有兼容性。

目前，电感器主要有两种结构：一种是螺旋型结构，另外一种为平面绕线型结构(可参考r.k.ulrich等人发表的文章《integratedpassivecomponenttechnology》(《集成无源元件技术》))。在磁芯电感出现之前，空心电感一直被众多学者研究。空心电感工艺相对简单很多，自谐振频率比较高，品质因数也相对理想，但由于单位面积的感值低，占用了宝贵的片上资源。而磁芯电感的出现解决了这个问题，磁芯层的增加能够提高电感器的性能(包括感值和品质因子)。根据物理电磁理论可知，螺旋型结构磁芯电感的感值与磁芯材料的磁导率、磁芯尺寸等成正比。传统磁芯层的制作方法是通过掩膜法在特定区域溅射磁芯材料。虽然通过溅射法得到的磁芯层的材料各向异性、磁导率等性能较为优良，但是，当溅射达到一定厚度后(通常≥4μm后)，磁芯层的材料易产生应力从而导致其相关性能开始恶化(可参考l.li等人发表的文章《high-frequencyresponsesofgranularcofehfoandamorphouscozrtamagneticmaterials》(《高频响应的cofehfo颗粒以及非晶质cozrta磁性材料》))。而对于平面绕线型磁芯电感，通常是在电感线圈的上表面和下表面分别制作磁芯层形成“三明治”结构，并在线圈与磁芯材料之间使用绝缘材料分离，以降低其涡流损耗。针对该结构的磁芯层的制作方法，传统的方法也是采用溅射法。故而，同螺旋型结构磁芯电感，溅射法制作平面绕线型磁芯电感亦存在其缺陷。另外，由于平面绕线型磁芯电感的线圈与磁芯层之间存在绝缘层，从而构建了一个微电容，使得该结构电感在高频下易产生寄生电容而影响器件的感性要求。为了克服溅射法制作电感的磁芯(包括螺旋型和平面绕线型)所存在的不足，基于化学沉积方法制作电感磁芯成为了重要的方法。尤其对于螺旋型结构磁芯电感，由于化学沉积方法属于自催化过程，使得化学沉积制备的磁芯合金材料性能稳定，因而能有效地解决螺旋型电感磁芯制作存在加厚磁芯层困难的问题。现有技术中，申请号为201510375350.0的中国专利《一种印制电路板埋嵌磁芯电感的制备方法》公开一种通过化学沉积法制备磁芯电感的方法，有效地解决了平面绕线型磁芯电感存在的寄生电容问题。然而，要实现ni或co与其他金属之间的共沉积，必须将所有金属离子的析出电位调整至相近水平，实际实施十分困难，因此导致部分多元合金磁芯材料是很难通过化学共沉积实现。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种制备集成电感多元复合磁芯层的方法，本方法能够克服现有技术化学共沉积法难以获得的多元合金磁芯材料，利用ni或co的自催化性能，将ni或co与磁芯颗粒共沉积到电感的目标沉积区域。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种制备集成电感多元复合磁芯层的方法：将预设目标沉积区域的集成电感浸泡于化学复合沉积液中，所述化学复合沉积液为包含有第一相材料的可溶性盐、第二相材料、还原剂、络合剂和缓冲剂的碱性溶液，其中：所述第一相材料为镍和钴中任一种或者两种，所述第二相材料为磁芯颗粒，化学复合沉积液中的第一相材料在还原剂作用下同磁芯颗粒复合沉积于集成电感表面，从而制得具有双相结构的集成电感多元复合磁芯层。

根据本领域技术人员公知常识，若集成电感的目标沉积区域如果不具备催化活化性能，本发明还包括活化处理步骤，具体操作为：将集成电感浸泡于活化水溶液中，使得活化液中的活性离子被还原成活性原子，并在集成电感的目标沉积区域形成化学沉积的聚集中心。

本发明中双相结构的集成电感多元复合磁芯层材料的化学组成为镍与磁芯颗粒、镍钴合金与磁芯颗粒或者钴与磁芯颗粒。

进一步地，本发明中的第二相材料(即磁芯颗粒)的种类为一种或者一种以上。

磁芯层的形成过程是晶核形成然后成长的过程，目标沉积区域由于具有催化活化性能，故而成为了化学沉积的聚集中心(即为反应中心)，本发明通过在溶液中添加合适的还原剂，使得第一相材料的离子在目标沉积区域的自催化作用下进行还原，被还原剂还原的第一相材料首先是在聚集中心处成核，并复合第二相(即至少一种磁芯颗粒)，然后不断向各个方向生长，形成连续的具有双相结构的多元复合磁芯层。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明利用ni或co的自催化性能，将ni或co与磁芯颗粒共沉积到电感的目标沉积区域形成具有双相结构的多元复合磁芯层，制得的多元复合磁芯层能够使得电感器的电感增值大，并且本方法克服了现有技术的不足，能够避免化学共沉积法将所有金属离子的析出电位调整至相近水平实施困难的缺陷；同时本发明的制备方法相比溅射法具有工艺简单、成膜速度快，耗能少的优势。

附图说明

图1为本发明螺旋型磁芯电感的典型结构示意图，其中：101为磁芯层；102为螺旋线圈；

图2为本发明平面绕线型磁芯电感的典型结构示意图，其中图(a)为外观图，图(b)为剖面图，图中：201为绕线线圈；202为电路基板；203为磁芯层；

图3为本发明所提供磁芯材料的结构示意图，其中：1为镍、钴或者镍钴合金；2为磁芯颗粒。

图4为本发明所提供磁芯材料的sem结果图。

具体实施方式

以下通过具体实施例结合说明书附图对本发明进行详细说明：

磁芯电感器的两种主要结构，如图1所示为螺旋型磁芯电感的典型结构，螺线管型磁芯电感器件由上、下两层导体绕着中间磁芯材料，导体(即螺旋线圈102)与磁芯层101之间通过绝缘材料绝缘隔开；如图2所示为平面绕线型磁芯电感的典型结构，平面绕线型磁芯电感器件是金属导体在电路基板202上以螺旋方式形成回路，形成绕线线圈201，并在绕线线圈201上表面和下表面分别制作磁芯层203形成“三明治”结构，其中电感绕线线圈201与磁芯层203之间使用绝缘材料分离。螺旋绕线型线圈可实现平面结构，有效地降低电感的维数，由于线圈绕制紧密，电感除来自自身线圈产生的自感外，更大一部分来自各匝线圈之间的互感，因此，具有大电感量，高能量密度的优势。

图3为本发明具有双相结构的多元复合磁芯层材料的结构示意图，其中：第一相材料为镍、钴或者镍钴合金，第二相材料为至少一种磁芯颗粒。

实施例1：

本实施例使用生益含0.4mm厚铜箔的单面覆铜板制作印制电路板集成电感铜线圈，通过自动元件分析仪(automaticcomponentanalyzer)测试印制电路板集成电感铜线圈的电感值，测得电感值为0.79μh@1khz。

一种多元合金磁芯层的制备方法，包括以下步骤：

步骤a：集成电感线圈预处理；

本实施例在化学沉积磁芯层之前还包括对集成电感线圈进行预处理，具体操作如下：将集成电感线圈浸泡于除油液中，升温至50℃，在此温度下除油10分钟，以去除集成电感铜线圈上的杂质和氧化物，除油处理结束后，采用去离子水清洗线圈，以去除残留的除油液。

本实施采用化学组分为25g/lnaoh、30g/lna2co3、50g/lna3po4的除油液。

步骤b：配制化学复合沉积液；

本实施例采用的化学复合沉积液的化学组分如下：

本实施例制得的化学复合沉积液采用氨水调节ph为9；

步骤c：制备磁芯层；

将清洗干净的集成电感线圈首选经过活化处理形成化学沉积的聚集中心，然后置于步骤b制得的化学复合沉积液中进行化学沉积，沉积温度为70℃，使得电感线圈上复合沉积得到化学组成为ni、b和fe3o4的磁芯层，然后将沉积有磁芯层的集成电感线圈进行清洗，并采用惰性气体吹干。

采用自动元件分析仪(automaticcomponentanalyzer)测试沉积有磁芯层的印制电路板集成电感铜线圈的电感值，测得电感值为1.02μh@1khz。

如图3为本发明实施例制得磁芯层的sem结果图，从图中可以看出：fe3o4磁芯颗粒与金属ni发生了复合沉积，采用能谱仪(energydispersivespectrometer，eds)分析磁芯层的化学组成，得到结果为b的含量：7.61wt％，ni的含量：91.18wt％以及fe的含量：1.22wt％。

实施例2：

本实施例使用生益含0.4mm厚铜箔的单面覆铜板制作印制电路板集成电感铜线圈，通过自动元件分析仪(automaticcomponentanalyzer)测试印制电路板集成电感铜线圈的电感值，测得电感值为0.79μh@1khz。

一种多元合金磁芯层的制备方法，包括以下步骤：

步骤a：集成电感线圈预处理；

本实施例在化学沉积磁芯层之前还包括对集成电感线圈进行预处理，具体操作如下：将集成电感线圈浸泡于除油液中，升温至50℃，在此温度下除油10分钟，以去除集成电感铜线圈上的杂质和氧化物，除油处理结束后，采用去离子水清洗线圈，以去除残留的除油液。

本实施采用化学组分为25g/lnaoh、30g/lna2co3、50g/lna3po4的除油液。

步骤b：配制化学复合沉积液；

本实施例采用的化学复合沉积液的化学组分如下：

本实施例制得的化学复合沉积液采用氨水调节ph为9；

步骤c：制备磁芯层；

将清洗干净的集成电感线圈首选经过活化处理形成化学沉积的聚集中心，然后置于步骤b制得的化学复合沉积液中进行化学沉积，沉积温度为70℃，使得集成电感线圈上复合沉积得到化学组成为ni、co、b和fe3o4的磁芯层，然后将沉积有磁芯层的集成电感线圈进行清洗，并采用惰性气体吹干。

采用自动元件分析仪(automaticcomponentanalyzer)测试沉积有磁芯层的印制电路板集成电感铜线圈的电感值，测得电感值为1.15μh@1khz。

采用能谱仪(energydispersivespectrometer，eds)分析磁芯层的化学组成，得到结果为b的含量：7.98wt％，ni的含量：27.85wt％、co的含量：55.98wt％以及fe的含量：8.19wt％。

实施例3：

本实施例使用生益含0.4mm厚铜箔的单面覆铜板制作印制电路板集成电感铜线圈，通过自动元件分析仪(automaticcomponentanalyzer)测试印制电路板集成电感铜线圈的电感值，测得电感值为0.79μh@1khz。

一种多元合金磁芯层的制备方法，包括以下步骤：

步骤a：集成电感线圈预处理；

本实施例在化学沉积磁芯层之前还包括对集成电感线圈进行预处理，具体操作如下：将集成电感线圈浸泡于除油液中，升温至50℃，在此温度下除油10分钟，以去除集成电感铜线圈上的杂质和氧化物，除油处理结束后，采用去离子水清洗线圈，以去除残留的除油液。

本实施采用化学组分为25g/lnaoh、30g/lna2co3、50g/lna3po4的除油液。

步骤b：配制化学复合沉积液；

本实施例采用的化学复合沉积液的化学组分如下：

本实施例制得的化学复合沉积液采用氨水调节ph为9；

步骤c：制备磁芯层；

将清洗干净的集成电感线圈首选经过活化处理形成化学沉积的聚集中心，然后置于步骤b制得的化学复合沉积液中进行化学沉积，沉积温度为70℃，使得集成电感线圈上复合沉积得到化学组成为ni、co、b和fe3o4的磁芯层，然后将沉积有磁芯层的集成电感线圈进行清洗，并采用惰性气体吹干。

采用自动元件分析仪(automaticcomponentanalyzer)测试沉积有磁芯层的印制电路板集成电感铜线圈的电感值，测得电感值为1.13μh@1khz。

采用能谱仪(energydispersivespectrometer，eds)分析磁芯层的化学组成，得到结果为b的含量：5.93wt％，ni的含量：42.04wt％、co的含量：41.25wt％以及fe的含量：10.78wt％。

以上结合附图对本发明的实施例进行了阐述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。