[发明专利]一种微螺旋线圈及其制作方法

说明书

技术领域

本发明设计一种线圈及其制作方法，特别设计一种微螺旋线圈及其制作方法。

技术背景

微线圈可广泛用在马达、电感、变压器和环形天线及磁场系统中，如核磁共振、磁镊等 设备中。据专业市场保守预估，线圈不考虑应用层面其市场规模每年可达一亿美元以上，若 包含应用层面，市场规模更大。普通线圈一般用金属导线绕匝铁芯、钢芯等芯材而成，由于 导线较粗、磁芯体积大，所以形成的螺旋线圈体积大、耗费金属材料多，价格昂贵。尤其在 生物和化学物质分析检测系统中，难以满足微量物质和高精度精密分析要求。而当线圈尺度 减小，微线圈的加工制作是实现这类应用的关键技术之一。

传统采用微细导线绕匝方式制作微线圈属于精密加工，其绕匝密度有限。而运用微机电 系统和半导体制作工艺来制作微线圈，其尺度可达0.01至1英寸，且制作的线圈尺度可达 微米量级，制作精度高，可利用现有成熟半导体制作技术，是目前的一种发展趋势。

目前已有采用半导体制作技术制作的微线圈均为平面结构，如公开号CN1533017A发明 专利所描述的一种双层双面平面微线圈制作，采用硅片为基底，经过双面氧化、光刻、金属 溅射、刻蚀等步骤，最终制作了双层结构平面微线圈。虽然采用此技术可制作出微尺度的线 圈，但由于在结构上这类微线圈的磁场是垂直于基板，因而会在基板上产生感应电流，导致 能量损耗，降低其品质因数，故无法应用于高频的微波电路。此外，此类线圈由于主轴与芯 片基板垂直，无法向上延伸，限制了其线圈数。公开号CN1463014A发明专利提出了一种采 用半导体制作技术，先制作厚膜光阻结构，再完成其中所包含的多匝微线圈组所需的信道， 再注入低熔点的导电材料进入厚膜光阻结构的信道当中，最终获得厚膜光阻结构支撑的多匝 微线圈，这种方法虽然能实现线圈磁场与基板平行，但由于线圈采用了低熔点导电材料注入 因而限制线圈导电性能进而导致线圈磁性能受限，此外由于单个线圈间存在直导线相连的结 构限制其线圈匝密度提高，且线圈不能保持平行因而线圈内部磁场分布不均匀，并且该类微 线圈和平面微线圈一样都需要基板支撑，无法灵活应用到集成微电子系统中。此外，上述微 线圈制作过程中没有考虑线圈通电过程中产生热量如何散热问题，这会进一步限制其性能和 降低其可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现高密度匝数，无需基板支撑结构，能采用高导电性能 材料制作的微螺旋线圈及其制作方法，以解决目前平面微线圈及需基板支撑的微线圈所带来 的线圈匝密度不高，微线圈需要基板支撑，所制作微线圈磁特性不好，如：产生磁场垂直于 基板、线圈内部磁场不均匀、方向不一致等缺点。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明微螺旋线圈的结构特点是在圆柱状芯材的表面由内向外依次设置为内导热绝缘 层，螺旋线圈层和外导热绝缘层。

本发明微螺旋线圈的结构特点也在于：

所述圆柱状芯材采用磁性或非磁性材料。

所述内导热绝缘层和外导热绝缘层为导热绝缘材料层。

所述螺旋线圈层为单层螺旋线圈或是多层螺旋线圈的叠加。

本发明微螺旋线圈的制作方法的特点是按如下工艺制作：

a、在圆柱状芯材的表面采用真空镀膜、或电子束镀膜、或磁控溅射镀膜、或脉冲激光 沉积镀膜的方式制作内导热绝缘层，或采用导热绝缘固化胶进行涂覆固化制作内导热绝缘 层；

b、在所述内导热绝缘层的外表面采用真空镀膜、或电子束镀膜、或磁控溅射镀膜、或 脉冲激光沉积镀膜的方式形成以螺旋线圈层的材料为材质的金属薄膜；在所述金属薄膜的表 面涂覆光刻胶，并进行甩胶、烘干处理；

c、按螺旋线圈层的螺旋线圈轨迹对光刻胶进行曝光、显影和定影处理，使金属薄膜按 螺旋线圈轨迹得到保护，其余部分暴露；再对暴露的金属薄膜采用化学或物理方法进行刻蚀， 形成螺旋线圈层；去除螺旋线圈层上残留的光刻胶，经清洗和烘干处理；

d、在螺旋线圈层上采用真空镀膜、或电子束镀膜、或磁控溅射镀膜或脉冲激光沉积镀 膜的方式形成外导热绝缘层，以所述外导热绝缘层将所述螺旋线圈层覆盖即成。

本发明微螺旋线圈的制作方法的特点也在于重复步骤b-c形成螺旋线圈层的多层叠加结 构。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：