專利名稱：基于非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜的螺線管微電感器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種微電子技術(shù)領(lǐng)域的器件，具體是一種非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜的螺線管微電感器件。
背景技術(shù)：
近年來，隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是以三維非硅材料為主的準(zhǔn)-LIGA加工技術(shù)成為當(dāng)前國際上研制微型化多層結(jié)構(gòu)微器件及射頻—微機電系統(tǒng)(RF-MEMS)器件的一種最先進的技術(shù)。在國際上，采用MEMS技術(shù)研制三維結(jié)構(gòu)磁性薄膜微電感器件應(yīng)運而生。另一方面，由于非晶、納米晶軟磁材料的新進展，國內(nèi)外采用非晶和納米晶軟磁材料做磁芯制造大型功率變壓器、脈沖變壓器、磁開關(guān)等正在走向商業(yè)化。鑒于磁性薄膜微電感器件是磁芯結(jié)構(gòu)，磁芯材料的選擇對提高電感器件的性能是極其關(guān)鍵的(1)高磁導(dǎo)率來獲得大電感量；(2)高飽和磁感應(yīng)強度以保證高飽和電流；(3)高電阻率以降低渦流損耗。另外，磁性薄膜微電感器件要求具有封閉的磁路結(jié)構(gòu)，以減少漏磁通。因此，選用高磁導(dǎo)率、高飽和磁感應(yīng)強度和高電阻率的非晶和納米晶軟磁材料做磁芯，是提高磁性薄膜微電感器件特性的關(guān)鍵。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Kim等(C.S.Kim，S.Bae，S.E.Nam，H.J.Kim)在《IEEE TRANSACTION ON MAGNETICS》(美國電氣和電子工程師學(xué)會磁學(xué)雜志)(VOL.37，NO.4，pp.2894-2896，JULY，2001)上發(fā)表了“Fabrication of high frequency DC-DC converter using Ti/FeTaN filminductor”(用于高頻DC-DC變換器的Ti/FeTaN薄膜電感)一文，該文提及了由雙矩形納米晶FeTaN薄膜構(gòu)成的平面螺旋型微電感器件，尺寸為7.8mm×10mm，在2MHz下電感量為1.6μH，品質(zhì)因子為2.3。該微電感由玻璃襯底、底層FeTaN薄膜、SiO2絕緣層、銅平面螺旋線圈、引腳、環(huán)氧膠及帶有頂層FeTaN薄膜的玻璃襯底組成；Park等(J.W.Park，M.G.Allen)在《IEEETRANSACTION ON MAGNETICS》(美國電氣和電子工程師學(xué)會磁學(xué)雜志)(VOL.39，NO.5，pp.3184-3186，SEPTMEMBER，2003)上發(fā)表了“Ultralow-profilemicromachined power inductors with highly laminated Ni/Fe coresApplication to low-Megahertz DC-DC converters”(采用多層Ni/Fe磁芯的超低外形的微機械功率電感用于低頻MHz的DC-DC變換器)一文，該文提及了由多層Ni/Fe薄膜微電感構(gòu)成的微型化DC-DC變換器，微電感器件的尺寸為11.5mm×5.7mm，在3MHz下電感量為2.3μH，品質(zhì)因子為9.2。該微電感由玻璃襯底、磁芯螺線管、引腳組成，磁芯螺線管由底層線圈、磁芯、SU8膠、頂層線圈和連接導(dǎo)體組成，磁芯為電鍍的多層Ni/Fe薄膜。但至今未見報道將FeCuNbCrSiB薄膜應(yīng)用于微電感器件的制作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和市場對微型化微電感器件的需求，提供一種基于非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜的螺線管微電感器件，使得到的微電感器件在高頻1～10MHz下具有低電阻、高電感量、高品質(zhì)因子以及高效率、低損耗等特點，可廣泛應(yīng)用于各種便攜式電子產(chǎn)品如手機CDMA、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品ADSL、計算機系統(tǒng)/外部設(shè)備如個人筆記本電腦中的微處理器和DVD等、數(shù)碼產(chǎn)品如數(shù)碼照相機和數(shù)碼攝像機等。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明的基于非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜的螺線管微電感器件，包括襯底、引腳、線圈、磁芯材料、氧化鋁絕緣材料，閉合的矩形磁芯材料上對稱繞制兩組相連的三維立體螺線管線圈，線圈以襯底為基礎(chǔ)，由底層線圈、頂層線圈通過連接導(dǎo)體連接形成，線圈的兩端連接引腳，線圈的底層線圈、頂層線圈、連接導(dǎo)體均通過氧化鋁絕緣材料與磁芯材料隔開。其中，所述的磁芯材料為非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜。氧化鋁絕緣材料不僅絕緣磁芯和上、下層線圈，而且起支撐平臺的作用。
本發(fā)明的磁性薄膜螺線管微電感具有尺寸小，是以非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜為磁芯材料的螺線管微電感，采用氧化鋁薄膜作為絕緣材料而不是SiO2薄膜或SU-8膠，底層線圈、頂層線圈、連接導(dǎo)體、磁芯材料的周圍均填充了氧化鋁薄膜。襯底為玻璃襯底。
電感器件是電路中的一個基本的元器件，是一種儲能元件。當(dāng)電感器件通以變化的電流時，變化的電流將產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生自感電動勢，自感電動勢具有對抗電流變化的特性，是電感器件中電流變化的一種特殊阻力。在正弦交流電路中，自感電動勢對正弦電流呈現(xiàn)的阻力叫感抗，用XL表示，XL＝2πfL，L是電感器件的電感量，f為頻率。電感器件的儲能U與電感量L、電流I的平方成正比，即U=12LI2.]]>因此，要獲得大的儲能，電感器件的電感量要大，電流的承載容量要大。另外，電感器件本身存在電阻R，要消耗電能的，要獲得大的儲能，器件的品質(zhì)因子Q要高， 本發(fā)明的基于非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜的螺線管微電感器件，采用了新型的FeCuNbCrSiB軟磁材料，可以獲得大的電感量，新型的FeCuNbCrSiB軟磁材料具有高的飽和磁感應(yīng)強度，具有較大的承載電流的能力，采用MEMS技術(shù)繞制磁芯螺線管電感線圈，具有低的電阻，可以獲得高的品質(zhì)因子，可以儲存更多的剩余磁場能量。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益的效果(1)本發(fā)明是三維立體結(jié)構(gòu)，在頻率1MHz～10MHz下電感量大于1μH，品質(zhì)因子大于2，尺寸小于4mm×4mm，可廣泛用于各種便攜式電子產(chǎn)品如手機、筆記本電腦、數(shù)碼照相機、MP3等；(2)本發(fā)明采用非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜作為磁芯材料，有利于提高器件的高頻性能，具有工作頻率高、低的電阻、高的電感量、高品質(zhì)因子、高效率、低損耗等優(yōu)點；(3)本發(fā)明可與現(xiàn)有的集成電路工藝集成，構(gòu)成電路功能模塊如振蕩器、濾波器、DC-DC變換器等；(4)本發(fā)明采用氧化鋁薄膜做絕緣材料和采用精密拋光技術(shù)，提高了器件加工工藝過程中基片的平整度、均勻性和成品率；(5)本發(fā)明可封裝成SMD器件；(6)本發(fā)明是采用薄膜技術(shù)和MEMS技術(shù)研制的，制作技術(shù)可以與大規(guī)模集成電路工藝完全兼容，易于大批量生產(chǎn)和低成本等。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1結(jié)構(gòu)沿A-A方向剖面示意圖。
具體實施例方式
如圖1-2所示，本發(fā)明包括襯底1、引腳2、線圈3、磁芯材料4、氧化鋁絕緣材料6，閉合的矩形磁芯材料4上對稱繞制兩組相連的三維立體螺線管線圈3，線圈3以襯底1為基礎(chǔ)，由底層線圈5、頂層線圈8通過連接導(dǎo)體7連接形成，線圈3的兩端連接引腳2，線圈3的底層線圈5、頂層線圈8、連接導(dǎo)體7均通過氧化鋁絕緣材料6與磁芯4隔開，其中，所述的磁芯4材料為非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜。
線圈3的形狀為螺線管，每一匝導(dǎo)體的寬度為20μm，厚度為5～20μm，各匝之間的間隔為35μm。
底層線圈5和頂層線圈8的導(dǎo)體長度為1580μm，匝數(shù)為80匝，高頻1MHz～10MHz下微電感器件的電感量大于1μH，最高的品質(zhì)因子為2-6。
連接導(dǎo)體7的空間形狀為四棱柱體，高度為19～22μm。
磁芯4，厚度為3～6μm。
氧化鋁絕緣材料6為氧化鋁薄膜。
權(quán)利要求
1.一種基于非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜的螺線管微電感器件，包括襯底(1)、引腳(2)、線圈(3)、磁芯材料(4)、氧化鋁絕緣材料(6)，其特征在于所述的磁芯材料(4)為非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜，磁芯(4)為閉合的矩形，磁芯(4)上對稱繞制兩組相連的三維立體螺線管線圈(3)，線圈(3)以襯底(1)為基礎(chǔ)，由底層線圈(5)、頂層線圈(8)通過連接導(dǎo)體(7)連接形成，線圈(3)的兩端連接引腳(2)，線圈(3)的底層線圈(5)、頂層線圈(8)、連接導(dǎo)體(7)均通過氧化鋁絕緣材料(6)與磁芯(4)隔開。
2.如權(quán)利要求1所述的基于非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜的螺線管微電感器件，其特征是，線圈(3)的形狀為螺線管，每一匝導(dǎo)體的寬度為20μm，厚度為5～20μm。
3.如權(quán)利要求2所述的基于非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜的螺線管微電感器件，其特征是，線圈(3)各匝之間的間隔為35μm。
4.如權(quán)利要求1所述的基于非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜的螺線管微電感器件，其特征是，底層線圈(5)和頂層線圈(8)的導(dǎo)體長度為1580μm，匝數(shù)為80匝。
5.如權(quán)利要求4所述的基于非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜的螺線管微電感器件，其特征是，在高頻1MHz～10MHz下的電感量大于1μH，最高的品質(zhì)因子為2-6。
6.如權(quán)利要求1所述的基于非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜的螺線管微電感器件，其特征是，連接導(dǎo)體(7)的空間形狀為四棱柱體。
7.如權(quán)利要求1或者6所述的基于非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜的螺線管微電感器件，其特征是，連接導(dǎo)體(7)的高度為19～22μm。
8.如權(quán)利要求1所述的基于非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜的螺線管微電感器件，其特征是，磁芯(4)，厚度為3～6μm。
9.如權(quán)利要求1所述的基于非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜的螺線管微電感器件，其特征是，氧化鋁絕緣材料(6)為氧化鋁薄膜。
全文摘要
一種微電子技術(shù)領(lǐng)域的基于非晶FeCuNb CrSiB磁性薄膜的螺線管微電感器件，包括襯底、引腳、線圈、磁芯材料、氧化鋁絕緣材料，閉合的矩形磁芯材料上對稱繞制兩組相連的三維立體螺線管線圈，線圈以襯底為基礎(chǔ)，由底層線圈、頂層線圈通過連接導(dǎo)體連接形成，線圈的兩端連接引腳，線圈的底層線圈、頂層線圈、連接導(dǎo)體均通過氧化鋁絕緣材料與磁芯材料隔開。其中，所述的磁芯材料為非晶FeCuNbCrSiB磁性薄膜。本發(fā)明解決了線圈的立體繞線和層間的絕緣問題及高深寬比的電鍍問題，使得微電感器件的高頻性能大大提高，具有廣泛的用途。
文檔編號H01F27/32GK1812011SQ20061002389
公開日2006年8月2日 申請日期2006年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月16日
發(fā)明者周勇, 丁文 申請人:上海交通大學(xué)