專利名稱：空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種微電子技術(shù)領(lǐng)域的器件，具體是一種基于微機電系統(tǒng)的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感。
背景技術(shù)：
RF-MEMS(射頻-微機電系統(tǒng))器件是近年來微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)出現(xiàn)的新的研究領(lǐng)域，即RF-MEMS就是利用MEMS技術(shù)制作各種用于無線通信的射頻器件或系統(tǒng)，這些RF-MEMS器件和系統(tǒng)可廣泛用于星際無線通訊、先進的移動通信如手機、全球定位系統(tǒng)GPS、微波雷達天線等。由于RF-MEMS器件具有諸多優(yōu)越性，并最終可實現(xiàn)無源器件和IC的高度集成，使集信息的采集、處理、傳播等于一體的系統(tǒng)集成芯片(SOC)的研制成為可能。當(dāng)前隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展及其有限的資源，迫切需要射頻下具有高品質(zhì)因子、高自共振頻率和低插入損耗的控制部件如電感、電容，這是實現(xiàn)高性能微波/毫米波電路、RF濾波器、RF振蕩器、RF共振器等的關(guān)鍵元件之一。為提高射頻下微電感的品質(zhì)因子和電感量，三維空芯結(jié)構(gòu)的微電感是發(fā)展的趨勢。但是采用普通的IC技術(shù)，很難在平面型襯底上研制三維結(jié)構(gòu)的微電感。采用MEMS技術(shù)研制三維結(jié)構(gòu)微電感應(yīng)運而生，MEMS技術(shù)為實現(xiàn)小尺寸、重量輕、大電感量、高品質(zhì)因子的微電感提供了一條嶄新的途徑。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Kim等人在《IEEE TRANSACTION ONCOMPONENTS，PACKAGING，AND MANUFACTURING TECHNOLOGY》(美國電氣電子工程學(xué)會雜志)(VOL.21，NO.1，pp.26-33，JANUARY，1998)上發(fā)表了“Surface micromachined solenoid inductors for high frequencyapplications”(高頻應(yīng)用的表面微機械螺線管微電感)一文，該文提及了表面微機械的高頻螺線管微電感，該微電感由氧化鋁襯底、懸空的支柱和空芯的螺線管組成，空芯的螺線管由底層線圈、頂層線圈和連接導(dǎo)體組成，空芯的螺線管通過在氧化鋁襯底上的支柱位于氧化鋁襯底上方幾十微米，是一種懸空式的高頻螺線管微電感，作者采用常規(guī)的光刻技術(shù)、化學(xué)濕法刻蝕金屬Al、Cr、Cu薄膜和反應(yīng)離子刻蝕(RIE)技術(shù)刻蝕聚酰亞胺絕緣材料，成功研制了懸空式的空芯結(jié)構(gòu)螺線管微電感。由于在制作過程中使用化學(xué)濕法刻蝕掩模Al材料和底層Cr/Cu/Cr，不可避免給線圈帶來鉆蝕現(xiàn)象。而且在制造過程中，多次使用RIE刻蝕絕緣材料，氧氣容易造成金屬的氧化，影響器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足及市場需求，提供一種空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感，使其具有集成化、低成本、低電阻、高電感量、高品質(zhì)因子以及高效率、低損耗、批量化等特點，可廣泛用于星際無線通訊、先進的移動通信如手機、全球定位系統(tǒng)GPS、微波雷達天線等。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感由襯底、空芯螺線管線圈、引腳、平面波導(dǎo)線組成，平面波導(dǎo)線和引腳設(shè)置在襯底平面上，平面波導(dǎo)線設(shè)置在引腳的周圍兩側(cè)，在引腳之間設(shè)置空芯螺線管線圈，引腳分別與空芯螺線管線圈的兩個端點相連接?？招韭菥€管線圈由底層線圈和頂層線圈通過連接導(dǎo)體連接形成，底層線圈、頂層線圈及連接導(dǎo)體通過空氣隔開，未采用任何絕緣材料。
本發(fā)明的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感的制作方法采用MEMS技術(shù)，對雙面氧化的硅片進行處理，得到雙面套刻對準符號，以便曝光時提高對準精度；采用準-LIGA技術(shù)和厚光刻膠工藝制備線圈和連接導(dǎo)體的光刻膠模具；采用電鍍工藝和拋光技術(shù)解決線圈繞線和連接導(dǎo)體；采用物理刻蝕技術(shù)去除電鍍用的導(dǎo)體，避免濕法刻蝕工藝帶來的鉆蝕現(xiàn)象。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益的效果(1)本發(fā)明的空芯螺線管微電感，是三維立體結(jié)構(gòu)，工作頻率在射頻(2-5GHz)，電感量大于1nH，品質(zhì)因子大于10，尺寸小于2mm，可廣泛用于無線通信如手機、全球定位系統(tǒng)GPS、微波雷達天線等；(2)本發(fā)明的螺線管微電感具有工作頻率高、尺寸小、低的電阻、高的電感量、高品質(zhì)因子、高效率、低損耗等優(yōu)點；(3)本發(fā)明的螺線管微電感可與現(xiàn)有的集成電路工藝集成，構(gòu)成射頻功能模塊；(4)本發(fā)明的螺線管微電感是采用薄膜技術(shù)和MEMS技術(shù)研制的，制作技術(shù)可以與大規(guī)模集成電路工藝完全兼容，易于大批量生產(chǎn)和低成本等。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1結(jié)構(gòu)沿A-A方向剖面示意圖。
具體實施例方式
如圖1、2所示，本發(fā)明由襯底1、引腳2、螺線管線圈3、平面波導(dǎo)線4組成，螺線管線圈3位于襯底1上，其周圍為平面波導(dǎo)線4，螺線管線圈3由底層線圈5、頂層線圈6通過連接導(dǎo)體7連接形成，螺線管線圈3的兩端連接引腳2，螺線管線圈3的底層線圈5、頂層線圈6、連接導(dǎo)體7均通過空氣絕緣隔開。
連接導(dǎo)體7的空間形狀為四棱柱體，高度為40～50μm。
螺線管線圈3的形狀為空芯螺線管，每一匝導(dǎo)體的寬度為50～100μm，厚度為5～10μm，各匝之間的間隔為40μm。
線圈3中底層線圈5和頂層線圈6的導(dǎo)體長度和匝數(shù)依據(jù)需求來確定。一般情況下，線圈3中底層線圈5和頂層線圈6的導(dǎo)體長度為150～400μm，匝數(shù)為7～10匝，射頻下(2GHz～5GHz)電感量大于1nH，品質(zhì)因子大于10。
平面波導(dǎo)線4和引腳2設(shè)置在襯底1平面上，平面波導(dǎo)線4設(shè)置在引腳2的周圍兩側(cè)。
權(quán)利要求
1.一種空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感，包括襯底(1)、螺線管線圈(3)，其特征在于，還包括引腳(2)、平面波導(dǎo)線(4)，螺線管線圈(3)位于襯底(1)上，其周圍為平面波導(dǎo)線(4)，螺線管線圈(3)由底層線圈(5)、頂層線圈(6)通過連接導(dǎo)體(7)連接形成，螺線管線圈(3)的兩端連接引腳(2)，螺線管線圈(3)的底層線圈(5)、頂層線圈(6)、連接導(dǎo)體(7)均通過空氣絕緣隔開。
2.如權(quán)利要求1所述的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感，其特征是，螺線管線圈(3)每一匝導(dǎo)體的寬度為50～100μm，厚度為5～10μm，各匝之間的間隔為40μm。
3.如權(quán)利要求1所述的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感，其特征是，連接導(dǎo)體(7)的空間形狀為四棱柱體，高度為40～50μm。
4.如權(quán)利要求1或者2所述的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感，其特征是，螺線管線圈(3)的形狀為空芯螺線管。
5.如權(quán)利要求1所述的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感，其特征是，底層線圈(5)和頂層線圈(6)的導(dǎo)體長度為150～400μm，匝數(shù)為7～10匝，2GHz～5GHz射頻下電感量大于1nH，品質(zhì)因子大于10。
6.如權(quán)利要求1所述的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感，其特征是，平面波導(dǎo)線(4)和引腳(2)設(shè)置在襯底(1)平面上，平面波導(dǎo)線(4)設(shè)置在引腳(2)的周圍兩側(cè)。
全文摘要
一種微電子技術(shù)領(lǐng)域的空芯結(jié)構(gòu)射頻螺線管微電感，由襯底、引腳、螺線管線圈和平面波導(dǎo)線組成，螺線管線圈位于襯底上，其周圍為平面波導(dǎo)線，螺線管線圈由底層線圈、頂層線圈通過連接導(dǎo)體連接形成，螺線管線圈的兩端連接引腳，螺線管線圈的底層線圈、頂層線圈、連接導(dǎo)體均通過空氣絕緣隔開。本發(fā)明解決了螺線管線圈的立體繞線及高深寬比的電鍍問題，使得微電感的射頻性能大大提高，具有廣泛的用途。
文檔編號H01P3/00GK1767090SQ20051002931
公開日2006年5月3日 申請日期2005年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月1日
發(fā)明者周勇, 王西寧, 趙小林, 曹瑩, 高孝裕 申請人:上海交通大學(xué)