[發明專利]一種基于柔性襯底的帶磁芯的折疊螺旋電感的制備方法

有效

• 申請號: 201210526634.1
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN103000362A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 張海霞;鄭陽;孫旭明;李忠亮
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01F41/00
• 分類號: H01F41/00;B81C1/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明涉及微納加工領域，特別涉及一種基于柔性襯底（如Parylene等聚合物）的帶磁芯（如鐵鎳磁芯）的折疊螺旋電感的制備方法。

背景技術

微電子機械系統（MEMS）是一種新型多學科交叉的技術，它涉及機械、電子、化學、物理、光學、生物、材料等多種學科。隨著MEMS工藝的發展，微米級甚至納米級的器件和系統已經廣泛應用到微流體、生物工程和光學傳感器件等多個領域。舉例來說，在生物醫療領域，植入式器件已經成為疾病檢測和治療的重要手段。隨著MEMS技術的發展，器件尺寸越來越小，能量供給的問題日益凸顯。為了同時滿足體積小、生物兼容性好、使用壽命長等諸多要求，以MEMS電感為核心的無限能量傳輸系統應運而生。

在集成電路或微系統中加入電感元件一直被視為挑戰，因為現有電感一般都需要占據很大的面積來保證高L值和高Q值，這不僅會帶來很大的損耗，而且使得力圖實現小尺寸集成電路芯片的目標變得難以實現。為了在保持良好性能的同時減小電感的尺寸，許多新型結構的電感被設計了出來。根據理論計算的結構，線圈和磁芯的厚度對電感的性能影響很大，厚度越大，品質因數越高，即電感的性能越好。因此，三維立體結構的電感具有更好的性能。但是三維結構的電感制備工藝復雜，步驟多，成本高，制備過程周期長，不可控因素多，因此會影響到成品的性能。因此，利用Parylene等聚合物的柔性，由平面電感的制備工藝加上人工折疊的方式就可以得到形狀和性能都可以和立體電感類似的折疊電感，并且同時折疊電感還具有制備工藝簡單，成本低，不可控因素少等優點。經過設計，折疊電感的層與層之間利用通孔或金屬連線兩種方式連接起來，和三維電感的外形結構非常類似。

此外，利用電鍍銅的方法可以有效減小線圈的阻抗，從而改善電感的性能。在電感線圈的中心加入由軟磁材料制成的磁芯（如鐵鎳合金、鈷鎳錳磷合金、鈷鐵合金等）可有效提升電感的性能。根據之前的研究，例如Xμming?Sun,Yang?Zheng等人在2012年發表的Design?and?Fabricationof?Flexible?Parylene-based?Inductors?with?Electroplated?NiFeMagnetic?Core?for?Wireless?Power?Transmission?System(IEEE-NEMS2012,p.238-242)（中文題目：用于無線能量傳輸系統的帶鐵鎳磁芯的柔性Parylene襯底的電感的設計與制備），和不帶磁芯的電感相比，中心帶有磁芯的電感的性能更為優越。因此，軟磁材料可以提高電感的性能。但是，現有的MEMS電感由于結構簡單、磁芯面積有限等原因，性能還有待進一步的提高。

聚對二甲苯（Parylene）是一種熱塑性晶體聚合物。和其他聚合物相比，Parylene薄膜具有保型性好，化學惰性強，常溫下不可溶解，生物兼容性極好，薄膜厚度小，透明，成本低，無毒，無污染等特點，因此在MEMS領域，特別是生物醫療領域的應用中能夠發揮重要作用。柔性是Parylene固有屬性之一，以Parylene作為柔性襯底的器件在生物醫療等領域中發揮重大作用，是近年來微納加工領域的研究熱點。已知的Parylene的結構有20多種，但可在微加工中使用的只有三種，即ParyleneN，Parylene?C和Parylene?D。以Parylene?C為襯底的電感元件，具有可彎曲可折疊的性質，同時具有生物兼容性好的特點，因此特別適合于作為植入式器件，最大可能地減少了其對人體活動的限制。

柔性是Parylene固有屬性之一，以Parylene作為柔性襯底的器件在生物醫療等領域中發揮重大作用，是近年來微納加工領域的研究熱點。已知的Parylene的結構有20多種，但可在微加工中使用的一般有三種，包括Parylene?N，Parylene?C和Parylene?D，其中Parylene?C是普遍采用的一種結構。

除Parylene外，聚酰亞胺（PI）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等柔性聚合物也具有和Parylene類似的性質，因此也可以用于本發明所述的電感的制備。

發明內容

本申請的目的在于提出一種基于柔性襯底（如Parylene）的折疊螺旋電感制備方法，利用電鍍方法在Parylene表面生長金屬線圈和磁芯，最后利用手工折疊的方法使平面電感成為多層的立體電感，通過通孔和連線兩種方式進行層與層之間的連接，從而實現高性能的螺旋電感。

為達到上述目的，本申請公開了一種基于柔性襯底的帶磁芯的折疊結構螺旋電感的制備方法，具體為