[发明专利]一种基于柔性聚合物衬底的螺旋电感的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳加工领域，特别涉及一种基于柔性聚合物衬底的螺旋电感的制备方法。 

背景技术

聚对二甲苯（Parylene）是一种热塑性晶体聚合物。和其他聚合物相比，Parylene薄膜具有保型性好，化学惰性强，常温下不可溶解，生物兼容性极好，薄膜厚度小，透明，成本低，无毒，无污染等特点，因此在MEMS领域，特别是微流道和生物MEMS应用中能够发挥重要作用。 

柔性是Parylene固有属性之一，以Parylene作为柔性衬底的器件在生物医疗等领域中发挥重大作用，是近年来微纳加工领域的研究热点。已知的Parylene的结构有20多种，但可在微加工中使用的只有三种，即Parylene N，Parylene C和Parylene D，其中ParyleneC是普遍采用的一种结构。 

除Parylene外，聚酰亚胺（PI）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等柔性聚合物也具有和Parylene类似的性质，因此也可以用于本发明所述的电感的制备。 

在集成电路或微系统中加入电感元件一直被视为挑战，因为现有电感一般都需要占据很大的面积来保证高L值和高Q值，这不仅会带 来很大的损耗，而且使得力图实现小尺寸集成电路芯片的目标变得难以实现。利用电镀铜的方法可以有效减小线圈的阻抗，从而改善电感的性能。在电感线圈的中心加入由软磁材料制成的磁芯（如铁镍合金、钴镍锰磷合金、钴铁合金等）可有效提升电感的性能。根据之前的研究，例如Xuming Sun,Yang Zheng等人在2012年发表的Design andFabrication of Flexible Parylene-based Inductors withElectroplated NiFe Magnetic Core for Wireless PowerTransmission System(IEEE-NEMS 2012,p.238-242)（中文题目：用于无线能量传输系统的带铁镍磁芯的柔性Parylene衬底的电感的设计与制备），和不带磁芯的电感相比，中心带有磁芯的电感的性能更为优越。因此，软磁材料可以提高电感的性能。但是，现有的MEMS电感由于结构简单、磁芯面积有限等原因，性能还有待进一步的提高。 

另外，在生物医疗领域中，很多植入人体的器件需要保证其生物兼容性和柔性。因为植入式器件所处环境恶劣，一方面要保证器件不会和人体内的物质发生反应导致人体受到污染或者器件损坏，所以器件要具有良好的生物兼容性；另一方面，在人体活动时植入式器件有可能会发生形变甚至弯曲折叠，所以该器件还必须保证具有良好的柔性。Parylene作为一种惰性极强的高分子聚合物材料，其生物兼容性极好，且本身具有柔性，是作为植入式器件的覆盖层的绝佳材料。 

从以上介绍可知，软磁材料可以提高电感的性能，而柔性聚合物可以提供柔性和良好的生物兼容性，因此基于这些材料的更高性能的电感亟待研究和实现。 

发明内容

本申请的目的在于提出一种基于柔性衬底（如Parylene）的螺旋电感制备方法，利用电镀方法在Parylene表面生长金属线圈，并在线圈中心、底部和顶部电镀磁芯以提高电感的Q值，从而实现高性能的MEMS电感。 

本申请公开了一种基于柔性聚合物衬底的螺旋电感的制备方法，按顺序包括如下步骤： 

（A）衬底上生长柔性薄膜； 

任选的（A1）在薄膜上溅射种子层，电镀磁性材料，生长柔性薄膜； 

任选的（A2）溅射种子层； 

（B）电镀线圈； 

（C）电镀磁芯； 

任选的步骤（C1）去除光刻胶和去除种子层； 

（D）生长柔性薄膜； 

任选的（D1）在薄膜上溅射种子层，电镀磁性材料，生长柔性薄膜； 

（E）剥离电感，得到柔性聚合物衬底的三明治结构螺旋电感。 

进一步的： 

步骤（A）衬底为硅衬底，柔性薄膜为聚对二甲苯、聚酰亚胺或聚二甲基硅氧烷薄膜； 

步骤（B）电镀线圈包括厚胶光刻，定出线圈图形，电镀铜线圈； 光刻胶是AZ9260、AZ4620，甩胶的厚度为10-15um; 

步骤（C）电镀磁芯包括厚胶光刻，定出磁芯位置，电镀磁芯； 

步骤（D）中沉积的柔性薄膜为聚对二甲苯、聚酰亚胺或聚二甲基硅氧烷薄膜； 

步骤（E）剥离为直接用手工剥离。 

进一步的： 

步骤（A）柔性材料薄膜厚度是8-15um;