[发明专利]基于3D打印制备微电感的方法

权利要求书

1.一种基于3D打印制备微电感的方法，其特征在于，所述微电感为立体电感，该制备方法包括以下步骤：

1)采用第一3D打印喷头按照预先设定的程序在衬底上打印微电感的底层金属微电感线圈；

2)用激光对打印的底层金属微电感线圈进行烧结；

3)在底层金属微电感线圈采用PECVD生长一层绝缘材料，作为微电感线圈层与层之间的隔绝，重复步骤1)-3)制作出预先设定的多层立体金属微电感线圈；

4)在制成的金属微电感线圈的中间部分采用第二3D打印喷头按照预先设定的程序打印出铁磁性材料体；

5)采用激光对铁磁性材料体进行烧结，同时按预先设定的方向施加磁场对铁磁性材料圆柱体进行磁化,使铁磁性材料晶化，磁矩取向排列统一，以有利于提高铁磁性材料的磁导率和饱和磁化强度,所述第一3D打印喷头内装有金属粉，所述第二3D打印喷头内装有铁磁性材料粉；

制作所述微电感线圈的金属材料采用电导率高的Cu、Al、Ag、Au之任一种；

所述衬底材料选高阻低k的衬底材料高阻GaAs、蓝宝石Al₂O₃、高阻Si中任一种材料；

所述铁磁性材料采用高频磁导率μ、高饱和磁化强度M_s、低矫顽力H_c和高的铁磁共振频率f_FMR的软铁磁性材料NiZnCuFeO、Y_(3-x)Bi_xFeO、CoFeSiO、BaCoFeO，或由CoFe、NiFe、CoTaZr、CoFeB、CoNbZr、CoFeSi、CoMnSi、CoFeAl、CoFeAlSi、CoFe-C、CoFe-N中的一种或多种形成的多层铁磁金属合金。

2.一种基于3D打印制备微电感的方法，其特征在于，所述微电感为立体微电感，该制备方法包括以下步骤：

1)在高阻Si衬底上沉积500nm的SiO₂薄膜；

2)采用电子束蒸发沉积50nm的Ti和Au作为缓冲层和种子层，以改善微电感线圈与衬底的结合；

3)采用第一3D打印喷头和第二3D打印喷头，同时或交替分别打印金属微电感线圈和铁磁性材料体，并使铁磁性材料体包围在微电感线圈的周围；

4)在打印铁磁性材料的同时对铁磁性材料进行烧结同时采用施加同方向外磁场，使铁磁性材料晶化，磁矩取向排列统一，有利于提高铁磁性材料的磁导率和饱和磁化强度。

3.一种基于3D打印制备微电感的方法，其特征在于，所述微电感为平面微电感，该制备方法包括以下步骤：

1)首先在高阻Si衬底上沉积500nm的SiO₂薄膜；

2)然后采用电子束蒸发沉积50nmTi/Au作为缓冲层和种子层，改善微电感线圈与衬底的结合；

3)随后沉积金属材料Cu薄膜作为微电感线圈；

4)利用MEMS工艺将金属Cu薄膜加工成微电感线圈以及电极；

5)利用3D打印喷头在微电感线圈的上方区域打印铁磁性材料；

6)激光对铁磁性材料进行烧结并同时采用施加同方向外磁场，使铁磁性材料晶化，磁矩取向排列统一，有利于提高铁磁性材料的磁导率和饱和磁化强度。

4.一种基于3D打印制备微电感的方法，其特征在于，所述微电感为平面微电感，该制备方法包括以下步骤：

1)首先对高阻Si衬底进行热氧化，在衬底表面沉积500nm的SiO₂薄膜；

2)然后采用电子束蒸发沉积50nmTi和Au作为缓冲层和种子层，以改善微电感线圈与衬底的结合；

3)接着利用PECVD生长厚度为500nm的SiO₂绝缘层；

4)利用光刻和干法刻蚀在SiO₂绝缘层上形成尺寸为20um*20um通孔；

5)利用磁控溅射在SiO₂绝缘层上生长500nm的Ti和Au作为通孔连接上下电极；

6)随后在5)步骤制作的样片上方沉积3μm的Cu金属材料薄膜层；

7)利用MEMS工艺将金属Cu薄膜层按预先设计加工成微电感线圈以及电极；

8)利用3D打印喷头在微电感线圈的上方、下方、双层包夹、中间夹心区域打印铁磁性金属材料NiFe薄膜，厚度范围在500nm，打印过程中施加按预定方向大小诱导偏置磁场；

9)打印完成后放入真空中再次施加强磁场进行退火，使NiFe磁矩取向排列统一，提高材料的磁导率和饱和磁化强度。