[發(fā)明專利]高電感值、高Q值和高諧振頻率的薄膜電感器的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110238832.7
• 申請(qǐng)日: 2021-03-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113077981B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余忠;青豪;孫科;冉茂君;鄔傳健;劉海;蔣曉娜;蘭中文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01F37/00
• 分類號(hào): H01F37/00;H01F27/24;H01F27/06;H01F27/28;H01F41/24
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

一種高電感值、高Q值和高諧振頻率的薄膜電感器，屬于薄膜電感器制備技術(shù)領(lǐng)域。該薄膜電感器包括襯底基片，形成于襯底基片之上的磁性薄膜，形成于磁性薄膜之上的電感線圈；其中，所述襯底基片包括依次設(shè)置的硅基片、聚酰亞胺層和氮化硅層，聚酰亞胺層的厚度為30μm～70μm。本發(fā)明薄膜電感器通過(guò)在基底上形成聚酰亞胺層，有效降低了電感的襯底損耗和寄生電容，使薄膜電感器具有高的Q值和諧振頻率；采用旋轉(zhuǎn)噴涂法低溫沉積磁性薄膜，避免聚酰亞胺層的高溫分解開(kāi)裂；通過(guò)對(duì)電感線圈的匝數(shù)、導(dǎo)線寬度、導(dǎo)線間距和導(dǎo)線厚度進(jìn)行優(yōu)化，最終得到了高電感值、高Q值和高諧振頻率的薄膜電感器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于薄膜電感器制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高電感值、高Q值和高諧振頻率的薄膜電感器的制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著電子產(chǎn)品越來(lái)越往高頻化、小型化和集成化發(fā)展，對(duì)電子產(chǎn)品中的電源模塊提出了更高的性能要求。作為常用元器件之一的電感器，一般占有電源模塊較大的體積和質(zhì)量，是制約電源模塊小型化、集成化發(fā)展的重要原因。因此，二維平面結(jié)構(gòu)的薄膜電感器，自出現(xiàn)就成為科研人員研究關(guān)注的重點(diǎn)。

薄膜電感器有幾個(gè)重要的性能參數(shù)：電感值L，Q值與諧振頻率f₀。其中，電感值L表示電感器總存儲(chǔ)磁能和轉(zhuǎn)換能力的大小，Q值代表電感器自身的損耗大小，諧振頻率f₀決定電感器的工作應(yīng)用頻段。根據(jù)電感器的簡(jiǎn)單等效電路，得到：f₀為諧振頻率，L為電感值，C為寄生電容。一般而言，電感器的電感值越高，電感器體積越大，各種損耗和寄生電容也越大，從而電感器的Q值與諧振頻率越低。因此，高電感值、高Q值與高諧振頻率薄膜電感器的制備是薄膜電感器研究的一個(gè)重要技術(shù)難題。Fukuda?Y，Inoue?T等(Fukuda?Y，Inoue?T,Mizoguchi?T,et?al.Planar?inductor?with?ferrite?layers?for?DC-DCconverter[J].IEEE?Transactions?on?Magnetics,2003:2057-2061)采用旋轉(zhuǎn)噴涂法低溫沉積NiZn鐵氧體薄膜，制備得到一種在5MHz電感值高達(dá)1.3μH、Q值大于17的NiZn鐵氧體薄膜電感器，但是其工作頻率低于10MHz。Xinjun?Wang等(Wang,X,et?al.A?novel?NiZnferrite?integrated?magnetic?solenoid?inductor?with?a?high?quality?factor?at0.7–6GHz[J].AIP?Advances,2017.7(5):p.056606.)提出了一種高Q值和高諧振頻率的NiZn鐵氧體薄膜電感器，其薄膜電感器的品質(zhì)因數(shù)Q在3GHz達(dá)到23，諧振頻率大于6GHz，然而電感值最大僅有1.2nH。不難看出，現(xiàn)有薄膜電感器的研究很難滿足高電感值、高Q值和高諧振頻率的性能要求，從而限制了其在高頻化、小型化和集成化的電源模塊中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)背景技術(shù)存在的缺陷，提出了一種高電感值、高Q值和高諧振頻率的薄膜電感器的制備方法。本發(fā)明通過(guò)在基底上形成聚酰亞胺層，有效降低了電感的襯底損耗和寄生效應(yīng)，同時(shí)在薄膜電感制備過(guò)程中采用旋轉(zhuǎn)噴涂法低溫(100℃)沉積磁性薄膜，避免聚酰亞胺(PI)層的高溫分解開(kāi)裂，從而有效提高了薄膜電感器的電感值、Q值和諧振頻率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種高電感值、高Q值和高諧振頻率的薄膜電感器，其特征在于，包括襯底基片，形成于襯底基片之上的磁性薄膜，形成于磁性薄膜之上的電感線圈；其中，所述襯底基片包括依次設(shè)置的硅基片、聚酰亞胺層和氮化硅層，聚酰亞胺層的厚度為30μm～70μm。

進(jìn)一步地，所述薄膜電感器中，磁性薄膜與線圈之間、以及線圈與線圈之間設(shè)置絕緣層，以保持絕緣性。

進(jìn)一步地，所述電感線圈為平面螺旋結(jié)構(gòu)，匝數(shù)為26匝～32匝，導(dǎo)線寬度為20μm～50μm，導(dǎo)線間隙為20μm～50μm，導(dǎo)線厚度為10μm～15μm。