玻璃集成电感及制备方法与流程

本发明涉及电子器件技术。

背景技术：

随着现代ic技术和计算机技术的迅速发展，通信系统的小型化、高可靠性、多功能集成已然成为一种主流趋势。然而，纵观以前的通信系统，电感，电容，滤波器等分立元件不但占据较大空间，而且消耗较多功率，严重阻碍了通信系统小型化和便携化的发展。

集成无源电感是微波射频电路中最基本也是最常用的器件之一，同时也是构成转换器、低噪声放大器以及匹配网络等电路模块的关键器件。为了迎合通信系统小型化和便携化的发展需求，电感集成于基板内部即将成为一种发展趋势。现在常用的集成无源电感技术是通过硅工艺来实现的,但是硅材料毕竟属于半导体材料,而如今通信信号的频率也越来越高，硅材料的高损耗因子便严重影响了电感的性能，造成其q值较低(20-30之间),使得硅基集成无源电感不能满足射频集成电路的高性能要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有较小寄生参数，满足高q值，小型化的性能要求的集成电感及制备方法。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，玻璃集成电感，包括玻璃基板和电感，所述电感由嵌入玻璃基板的螺旋式金属曲面板构成，螺旋式金属曲面板的轴线方向垂直于玻璃基板的表面，即电感的中心磁场方向垂直于玻璃基板的表面。

本发明的玻璃集成电感的制备方法包括下述步骤：

1)图形化掩膜遮挡下，对光敏玻璃基板紫外线曝光，所述掩膜图形为预设电感截面图形；

2)对曝光后的玻璃基板作退火热处理，使曝光区域结晶；

3)刻蚀热处理后的玻璃基板，形成刻蚀孔，所述刻蚀孔为盲孔或通孔；

4)以金属填充刻蚀孔，形成电感，去除多余金属；

5)在电感的引出点位置覆盖保护层，然后在刻蚀孔的开口所在的玻璃基板表面设置钝化层，所述钝化层至少覆盖保护层以外的电感金属部分；

6)去除保护层，在引出点设置引出电极。

所述步骤3)中，采用氢氟酸溶液刻蚀。所述刻蚀孔为通孔，在步骤5)中，基板的上下两个表面皆设置钝化层。

本发明涉及的集成电感结构中，光敏玻璃基板采用玻璃通孔技术(tgv)来实现电感图形的制作，具有精度高，孔壁倾斜角小等优点。相比硅通孔技术tsv，玻璃本身是绝缘材料，无需在电感和基板间制作绝缘层，基板内部没有电迁移和涡流现象，从而提高电感q值。整个电感埋入玻璃基板内部，两面均有钝化层作为保护，保证了该无源集成电感的可靠性和稳定性。除此之外，不同的电感线宽和线间距对应最大q值的频率也不同且具有较大带宽，可满足不同应用频率下射频电路。因此，本发明是高频信号下理想的无源集成电感结构。

本发明具有下述优点：

工艺方面：

1、相比于硅基板,采用光敏玻璃做基板，无需制作绝缘层，工艺简单，成本低廉。

2、相比于其他tgv技术，光敏玻璃tgv技术采用湿法刻蚀，孔深径比可达20:1以上，不仅精度高而且效率高。

性能方面：

1、硅基板属于半导体材料，在高频信号下基本内易出现电迁移和涡流现象，自身损耗因子高，致使基于硅基板的电感q值不高(20-30)。然而光敏玻璃本身为绝缘材料，寄生参数小，自身损耗小，能提高电感q值到90-100之间且具有较大带宽。

2、采用立体电感结构，有助于减小电感值，且在1-10ghz内电感值随频率变化较为稳定。

3、光敏玻璃自身优异的微结构加工性能，完全满足元件小型化的要求。本发明采用玻璃材料可以实现远超50微米的厚度(硅的极限厚度50微米)。本发明工艺简化，成本低，效率高。

附图说明

图1是本发明的集成电感结构示意图。

图2是本发明的制备步骤示意图。

图3为本发明在1-10ghz，60um线宽下不同线间距(10um,20un,30um)所对应的仿真电感值曲线图。

图4为本发明在1-10ghz，60um线宽下不同线间距(10um,20un,30um)对应的仿真电感q值曲线图。

具体实施方式

参见图1，本发明的玻璃集成电感由嵌入玻璃基板1的曲面金属电感2构成，并在电感最内层和最外层设置有电极3。电感由嵌入玻璃基板的螺旋式金属曲面板构成，螺旋式金属曲面板的轴线方向垂直于玻璃基板的表面。金属曲面板绕一条轴线螺旋式卷绕形成电感，该轴线即为螺旋式金属曲面板的轴线，此轴线的方向与电感的中心磁场方向一致。

所述曲面金属电感的中心磁场方向垂直于玻璃基板的表面。电感的结构为线圈(本发明的曲面金属即构成线圈)，其在工作状态下产生磁场，在线圈内部(线圈中心)磁力线的方向，本发明称为中心磁场方向。

实施例1

如图1，本实施例的曲面金属电感为螺旋状渐开的金属结构，金属结构的各区域正交设置。螺旋状渐开的电感各层之间的绝缘介质即为玻璃基板本身的材质，电感的立面垂直于于玻璃基板表面。

图1的阴影区域示出的电感截面轮廓为正交直线结构，也可以采用弧线状螺旋线的结构。

本发明还提供玻璃集成电感的制备方法，包括下述步骤：

1)图形化掩膜遮挡下，对光敏玻璃基板紫外线曝光，所述掩膜图形为预设电感截面图形；

2)对曝光后的玻璃基板作退火热处理，使曝光区域结晶；

3)刻蚀热处理后的玻璃基板，形成刻蚀孔，所述刻蚀孔为盲孔或通孔；

4)以金属填充刻蚀孔，形成电感，去除多余金属；

5)在电感的引出点位置覆盖保护层，然后在刻蚀孔的开口所在的玻璃基板表面设置钝化层，所述钝化层至少覆盖保护层以外的电感金属部分；

6)去除保护层，在引出点设置引出电极。

实施例2：参见图2。

本实施例为制备方法的实施例，包括：

步骤一：如图2a所示，将光敏玻璃基板粘贴在具有预先设计好的电感图形的掩膜版下方进行特定波长紫外(图2a箭头所示)曝光，曝光时间15min左右。

步骤二：如图2b所示，将曝光后的玻璃置于特定温度下进行退火热处理，使曝光区域结晶，显现出设计好的电感形状，同时消除玻璃基板热应力。

步骤三：如图2c所示，将热处理后的光敏玻璃基板放入氢氟酸刻蚀溶液中进行选择性刻蚀(结晶相和玻璃基质的刻蚀速率比为30:1)，只需控制好刻蚀液浓度及温度、刻蚀时间这三个工艺参数，即可得到所需通孔精度。

步骤四：如图2d所示，将上一步刻蚀后的玻璃进行通道金属种子层的制备，然后通过电镀的方式使铜填充于电感图形通道中。

步骤五：通道电镀铜填实后，需通过抛光处理去除表面多余铜膜。

步骤六：如图2e所示，事先在电感最里圈和最外圈覆盖上与线宽等宽的聚合物，然后再通过磁控溅射分别在玻璃两面镀上钝化层。

步骤六：如图2f所示，去掉聚合物，再次电镀铜以形成凸点，便于和其他器件焊接。

图3为本发明在1-10ghz，60um线宽下不同线间距(10um,20um,30um)所对应的仿真电感值。从图中可以看出，在1-10ghz，60um线宽且20um线间距下，电感值的范围大约在0.22nh-0.26nh之间，具有电感值稳定且数值较小的优点。图4为本发明在1-10ghz，60um线宽下不同线间距(10um,20un,30um)对应的仿真电感q值。从图中可以看出，在5.6ghz左右，60um线宽且20um线间距下，电感值的q值高达96.7259，而一般以硅材料作为基板的电感的q值大约在20-30之间。正是因为玻璃基板的低损耗特性，使该集成电感具有高q值的优点。