[发明专利]一种柔性电感及其制备方法

说明书

本发明属于柔性无源器件领域，具体提供一种柔性电感及其制备方法，用以解决现有柔性无源电感存在工作频段相对较低、应力限度较低、以及难以适合更复杂的应用环境等问题。本发明的柔性电感包括：柔性衬底层、平面螺旋金属层、柔性介质层及金属引线层；其中，采用特定厚度的Parylene‑N薄膜分别作为柔性衬底与柔性介质层，降低介电常数以提升器件的截止频率，提升器件的机械性能；并且匹配平面螺旋金属层于柔性衬底上、金属引线层于柔性介质层上的埋置结构，增强金属与Parylene‑N之间的结合强度，进一步提升器件的机械性能；同时，采用硅片载体剥离方法的制备工艺，使得本发明柔性电感不仅具有良好的电学性能和机械性能，还具有较强的温度稳定性、生物兼容性，拓宽了器件的应用前景。

技术领域

本发明属于柔性无源器件领域，涉及柔性电感，具体提供一种柔性电感及其制备方法。

背景技术

柔性电子是将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性基板上的新兴电子技术，柔性电子具有轻薄、可弯曲、可折叠、可拉伸等特性，在国防、通信、能源、医疗等领域具有重大的工程应用价值。近些年来，广大科研工作者展开了对柔性无线通讯系统的研究，柔性微波单片集成电路作为其中的子模块受到了广泛关注；高性能的柔性微波单片集成电路需要高性能的柔性无源器件，柔性电感作为的基本的柔性无源器件之一，在匹配、滤波等方面起着重要作用。

柔性电感是通过在柔性衬底上生长金属薄膜电感结构实现的，柔性衬底材料常用有机物材料，如：PET、PI、PDMS等，但其制备过程与传统工艺不兼容，存在热变形，光刻对准精度差等问题；同时，传统介质层如Al₂O₃、HfO₂等介电常数较大，且应力限度低；因此，目前柔性无源电感存在工作频段相对较低、应力限度较低等问题，难以适合更复杂的应用环境；如何制备一种可稳定工作在高频、具有良好机械性能，且具有多种应用场景的柔性电感成为研究的重点。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术所存在的问题、提供一种柔性电感及其制备方法，所述柔性电感具有高截止频率、高机械强度以及复杂环境高适应性等优点；本发明的柔性电感中采用Parylene-N薄膜作为柔性介质层，并通过平面螺旋金属层与金属引线层埋置的创新结构设计，有效提升了电感截止频率和应力限度；同时，匹配硅片载体剥离方法的制备工艺，使得制备得柔性电感不仅具有良好的电学性能和机械性能，还具有较强的温度稳定性、生物兼容性，拓宽了器件的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种柔性电感，包括：柔性衬底层、平面螺旋金属层、柔性介质层及金属引线层，其特征在于，所述柔性衬底层上表面开设有第一图形化凹槽，所述平面螺旋金属层埋置于第一图形化凹槽内，所述柔性介质层覆盖于平面螺旋金属层上表面、且柔性介质层上表面开设有第二图形化凹槽，所述金属引线层埋置于第二图形化凹槽内，所述平面螺旋金属层与金属引线层通过贯穿柔性介质层的金属通孔连接。

进一步的，所述柔性介质层材料为parylene-N，其厚度为：3～5μm；需要说明的是：柔性介质层的厚度太薄会造成平面螺旋金属层与金属引线层在刻蚀过程中短接、太厚会增加通孔制备的难度，故在本发明中设置厚度为3～5μm。

进一步的，所述柔性衬底材料为Parylene-N，其厚度为20～50μm；需要说明的是：Parylene-N化学构成为聚对二甲苯，此材料致密无孔，具有较好的生物兼容性，可防止遭受液体、潮气、盐雾、化学物品和常见气体的侵蚀，此外，Parylene-N还具有极低的介电常数以及良好的绝缘性能；而Parylene-N作为衬底，其厚度太薄难以形成有效的机械强度、容易破裂，厚度太厚会导致弯曲能力下降，故在本发明中设置为20～50μm。

进一步的，所述平面螺旋金属层的构成材料从下至上依次为金属Ti/Cu/Au，厚度依次为20～50nm/0.4～2μm/20～50nm；需要说明的是：金属Ti作为粘附层，金属Cu作为主要导电层、厚度需要匹配实际电流承受能力，金属Au用于防止暴露在空气中的Cu氧化。