一种基于纳米颗粒填充工艺的微型化电感制作方法和电感技术

本发明专利技术公开了一种基于纳米颗粒填充工艺的微型化电感制作方法和电感，包括：精密磁心的制作工艺；三维互联通道刻蚀及填充；双面互联结构的制作工艺等。本发明专利技术采用微电子的工艺实现了带磁心的三维电感器件，实现小型化电感器件的同时，保留了较高的电感量，解决了小型化电感感值无法做大的矛盾；同时还提出了一种新的工艺解决方法，解决了高深宽比微槽、微孔结构的金属填充难题。

A miniaturized inductor manufacturing method and inductor based on nanoparticle filling technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于纳米颗粒填充工艺的微型化电感制作方法和电感
本专利技术涉及电子元器件、微电子工艺技术等领域，具体涉及一种带磁心微型化电感的制作方法和电感，利用微电子工艺技术实现精密磁心的制作和三维互联，实现了高容量的小型化电容器件。
技术介绍
随着人们对电子产品的要求向小型化、多功能化等方向的发展，人们努力寻求将电子系统越做越小，集成度越来越高，但是由于磁性材料与半导体工艺不易兼容，磁性元件在电子设备小型化进程中落后于其他元器件的发展，无法实现高水平的小型化。为了解决这一问题，研发人员开发出了多种沉积磁心薄膜的加工方法，例如筛网印刷、溅射和电镀等。但是用筛网印刷成膜的铁氧体层要在900～1000℃的温度下烧结，这是与标准型集成电路制造工艺不相容的；用溅射工艺制作的磁心厚度有限，成本较高，限制了该技术的产业化发展；使用电镀成膜的磁性材料磁心的电感Q值一般比用溅射技术或用筛网印制技术成膜材料的Q值低，主要原因是由磁性材料的电导率引起的，在电感器的工作频率增高时，磁心的涡流损耗将增大。除了磁性材料与微电子工艺的兼容性外，半导体工艺一般都是平面工艺，只能实现片式电感，很大程度上限制了电感的性能。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服小型化电感感值无法做大、电感性能优化难度大的难题，提出一种基于纳米颗粒填充工艺的微型化电感制作方法和电感。本专利技术采用如下技术方案：一种基于纳米颗粒填充工艺的微型化电感制作方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在衬底第一表面制作磁心模腔；2)将微纳尺寸的磁性材料填充至磁心模腔中，使磁性材料致密形成磁心；3)在衬底第一表面的磁芯模腔外周制作纵向互联结构；4)采用减薄工艺使得衬底第二表面露出导电材料；5)分别在衬底第一表面和第二表面制作横向互联结构，该横向互联结构与纵向互联结构电性连接以形成电感线圈。优选的，所述衬底的材料为硅、锗、砷化镓或磷化铟中任一种，或者玻璃、陶瓷或高分子材料中任一种。优选的，步骤1)中，采用超声波钻孔、喷砂法、湿法刻蚀、干法刻蚀、激光刻蚀或机械钻孔在所述衬底上制作第一凹槽，该第一凹槽构成所述磁心模腔，其深度为0.1微米到3毫米。优选的，所述第一凹槽横截面为长方形或圆环或回字形。优选的，步骤3)具体为：3.1)先采用超声波钻孔、喷砂法、湿法刻蚀、干法刻蚀、激光刻蚀或机械钻孔在衬底材料上制作多个第二凹槽；3.2)往第二凹槽填充导电材料；3.3)利用压力或超声波振动方式使第二凹槽内的导电材料致密，去除第二凹槽外的导电材料。优选的，所述导电材料为粉末或微粒形态，材质为纯铜、铜合金、纯锡、锡合金、纯银、银合金、纯铝、铝合金、纯金或金合金中的一种或多种。优选的，所述步骤3)增加热处理步骤：在真空环境或惰性气体或还原性气体保护氛围下，对衬底进行高温处理。优选的，步骤5)中，所述横向互联结构可采用丝网印刷工艺制作金属线路。优选的，所述横向互联结构可采用制作种子层，在种子层上涂光刻胶并完成光刻图形化，在光刻胶打开的区域沉积金属，去除光刻胶形成金属互联。一种基于纳米颗粒填充工艺的微型化三维电感，其特征在于，包括衬底、磁心和电感线圈；该衬底设有第一凹槽和若干通孔，该若干通孔位于第一凹槽外周；该磁芯为采用微纳尺寸的磁性材料填充于第一凹槽内形成；该通孔内填充有导电材料构成纵向互联结构；该衬底第一表面和第二表面分别设有横向互联结构，该横向互联结构与纵向互联结构电性连接以形成电感线圈。由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术的方法，采用微电子的工艺实现了带磁心的三维电感器件，实现小型化电感器件的同时，保留了较高的电感量，解决了小型化电感感值无法做大的矛盾；同时还提出了一种新的工艺解决方法，解决了高深宽比微槽、微孔结构的金属填充难题。2、本专利技术的方法，在制作纵向互联结构时，利用超声振动提高纳米颗粒填隙效果，改善微孔填充效果。利用惰性或还原性气体保护氛围下的高温处理，改善纳米颗粒填充后的微观结构，抑制纳米导电颗粒量子尺寸效应、表面效应，以及抑制纳米磁性材料的小尺寸效应、宏观量子隧道效应；改善纳米颗粒填充效果。3、本专利技术的方法，采用微电子工艺制作第一凹槽即构成磁心模具，以供制作磁心；并在衬底上制作第二凹槽形成模具，以制作纵向互联结构和横向互联结构，构成嵌入式三维互联导线，实现高集成化、大负载的微型电容结构。附图说明图1(a)为衬底剖面图；图1(b)为圆形衬底俯视图；图1(c)为方形衬底俯视图；图2为衬底上制作第一凹槽示意图；图3为第一凹槽内填充磁性材料示意图；图4为去除第一凹槽外磁性材料示意图；图5为衬底上制作第二凹槽示意图；图6为往第二凹槽填充导电材料示意图；图7为去除第二凹槽外的导电材料示意图；图8为制作第一表面横向互联结构示意图；图9为减薄示意图；图10为装置第二表面横向互联结构示意图；图11为本专利技术电感俯视图(实施例一)；图12为本专利技术电感俯视图(实施例二)；图13为本专利技术电感俯视图(实施例三)；其中：10、衬底，11、第一凹槽，12、第二凹槽，20、磁心，21、磁性材料，30、纵向互联结构，31、导电材料，40、横向互联结构。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的描述。实施例一一种基于纳米颗粒填充工艺的微型化电感制作方法，包括如下步骤：1)准备衬底10的材料，其可以是硅、锗、砷化镓、磷化铟等单晶半导体或化合物半导体材料的任一种，也可以是玻璃、陶瓷等绝缘体材料的任一种。参见图1(a)-图1(c)，衬底10可以是圆形或方形的薄片，在衬底10第一表面制作磁心模腔。参见图2，用超声波钻孔、喷砂法、湿法刻蚀、干法刻蚀、激光刻蚀、机械钻孔等工艺在衬底10上制作特定形状的第一凹槽11作为磁心模腔，根据电感器件的尺寸、型号不同，第一凹槽的尺寸和形状可以不同，第一凹槽11的深度可以为0.1微米到3毫米，其截面可以是长方形或圆形等。2)将微纳尺寸磁性材料填充到磁心模腔内，该磁性材料可以是磁性粉末、微粒，磁性粉末等状态的磁性材料，微纳尺寸是指10nm-20um之间。选择导嘴、导管等方式将磁性材料传输到衬底表面，参见图3、图4。利用压力、超声波振动等方式使第一凹槽11内的磁性材料致密，然后去除第一凹槽11外的磁性材料，构成磁心20。3)在衬底10第一表面的磁芯模腔外周制作纵向互联结构30，该纵向互联结构30与衬底10的第一表面和第二表面不平行。该步骤具体包括如如下：3.1)先采用超声波钻孔、喷砂法、湿法刻蚀、干法刻蚀、激光刻蚀或机械钻孔在衬底10第一表面制作两组第二凹槽12，分别位于第一凹槽11的两相对侧，每组设有数量相同的第二凹槽12，例如位于长方形的第一凹槽11两相对侧，参见图5。...

【技术保护点】
1.一种基于纳米颗粒填充工艺的微型化电感制作方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)在衬底第一表面制作磁心模腔；/n2)将微纳尺寸的磁性材料填充至磁心模腔中，使磁性材料致密形成磁心；/n3)在衬底第一表面的磁芯模腔外周制作纵向互联结构；/n4)采用减薄工艺使得衬底第二表面露出纵向互联结构的导电材料；/n5)分别在衬底第一表面和第二表面制作横向互联结构，该横向互联结构与纵向互联结构的导电材料电性连接以形成电感线圈。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米颗粒填充工艺的微型化电感制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在衬底第一表面制作磁心模腔；
2)将微纳尺寸的磁性材料填充至磁心模腔中，使磁性材料致密形成磁心；
3)在衬底第一表面的磁芯模腔外周制作纵向互联结构；
4)采用减薄工艺使得衬底第二表面露出纵向互联结构的导电材料；
5)分别在衬底第一表面和第二表面制作横向互联结构，该横向互联结构与纵向互联结构的导电材料电性连接以形成电感线圈。


2.如权利要求1所述的一种基于纳米颗粒填充工艺的微型化电感制作方法，其特征在于，所述衬底的材料为硅、锗、砷化镓或磷化铟中任一种，或者玻璃、陶瓷或高分子材料中任一种。


3.如权利要求1所述的一种基于纳米颗粒填充工艺的微型化电感制作方法，其特征在于，步骤1)中，采用超声波钻孔、喷砂法、湿法刻蚀、干法刻蚀、激光刻蚀或机械钻孔在所述衬底上制作第一凹槽，该第一凹槽构成所述磁心模腔，其深度为0.1微米到3毫米。


4.如权利要求3所述的一种基于纳米颗粒填充工艺的微型化电感制作方法，其特征在于，所述第一凹槽横截面为长方形或圆环或回字形。


5.如权利要求1所述的一种基于纳米颗粒填充工艺的微型化电感制作方法，其特征在于，步骤3)具体为：
3.1)先采用超声波钻孔、喷砂法、湿法刻蚀、干法刻蚀、激光刻蚀或机械钻孔在衬底材料上制作多个第二凹槽；
3.2)往第...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛恺，钟智勇，于大全，张名川，李金喜，伍恒，姜峰，
申请(专利权)人：电子科技大学，厦门云天半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51