[发明专利]高电感值、高Q值和高谐振频率的薄膜电感器的制备方法

说明书

一种高电感值、高Q值和高谐振频率的薄膜电感器，属于薄膜电感器制备技术领域。该薄膜电感器包括衬底基片，形成于衬底基片之上的磁性薄膜，形成于磁性薄膜之上的电感线圈；其中，所述衬底基片包括依次设置的硅基片、聚酰亚胺层和氮化硅层，聚酰亚胺层的厚度为30μm～70μm。本发明薄膜电感器通过在基底上形成聚酰亚胺层，有效降低了电感的衬底损耗和寄生电容，使薄膜电感器具有高的Q值和谐振频率；采用旋转喷涂法低温沉积磁性薄膜，避免聚酰亚胺层的高温分解开裂；通过对电感线圈的匝数、导线宽度、导线间距和导线厚度进行优化，最终得到了高电感值、高Q值和高谐振频率的薄膜电感器。

技术领域

本发明属于薄膜电感器制备技术领域，具体涉及一种高电感值、高Q值和高谐振频率的薄膜电感器的制备方法。

背景技术

近年来，随着电子产品越来越往高频化、小型化和集成化发展，对电子产品中的电源模块提出了更高的性能要求。作为常用元器件之一的电感器，一般占有电源模块较大的体积和质量，是制约电源模块小型化、集成化发展的重要原因。因此，二维平面结构的薄膜电感器，自出现就成为科研人员研究关注的重点。

薄膜电感器有几个重要的性能参数：电感值L，Q值与谐振频率f₀。其中，电感值L表示电感器总存储磁能和转换能力的大小，Q值代表电感器自身的损耗大小，谐振频率f₀决定电感器的工作应用频段。根据电感器的简单等效电路，得到：f₀为谐振频率，L为电感值，C为寄生电容。一般而言，电感器的电感值越高，电感器体积越大，各种损耗和寄生电容也越大，从而电感器的Q值与谐振频率越低。因此，高电感值、高Q值与高谐振频率薄膜电感器的制备是薄膜电感器研究的一个重要技术难题。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)采用旋转喷涂法低温沉积NiZn铁氧体薄膜，制备得到一种在5MHz电感值高达1.3μH、Q值大于17的NiZn铁氧体薄膜电感器，但是其工作频率低于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.)提出了一种高Q值和高谐振频率的NiZn铁氧体薄膜电感器，其薄膜电感器的品质因数Q在3GHz达到23，谐振频率大于6GHz，然而电感值最大仅有1.2nH。不难看出，现有薄膜电感器的研究很难满足高电感值、高Q值和高谐振频率的性能要求，从而限制了其在高频化、小型化和集成化的电源模块中应用。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出了一种高电感值、高Q值和高谐振频率的薄膜电感器的制备方法。本发明通过在基底上形成聚酰亚胺层，有效降低了电感的衬底损耗和寄生效应，同时在薄膜电感制备过程中采用旋转喷涂法低温(100℃)沉积磁性薄膜，避免聚酰亚胺(PI)层的高温分解开裂，从而有效提高了薄膜电感器的电感值、Q值和谐振频率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高电感值、高Q值和高谐振频率的薄膜电感器，其特征在于，包括衬底基片，形成于衬底基片之上的磁性薄膜，形成于磁性薄膜之上的电感线圈；其中，所述衬底基片包括依次设置的硅基片、聚酰亚胺层和氮化硅层，聚酰亚胺层的厚度为30μm～70μm。

进一步地，所述薄膜电感器中，磁性薄膜与线圈之间、以及线圈与线圈之间设置绝缘层，以保持绝缘性。

进一步地，所述电感线圈为平面螺旋结构，匝数为26匝～32匝，导线宽度为20μm～50μm，导线间隙为20μm～50μm，导线厚度为10μm～15μm。