一種微螺旋線圈及其製作方法
2023-12-02 15:14:31 1
專利名稱：一種微螺旋線圈及其製作方法
技術領域：
本發明設計一種線圈及其製作方法，特別設計一種微螺旋線圈及其製作方法。
背景技術：
微線圈可廣泛用在馬達、電感、變壓器和環形天線及磁場系統中，如核磁共振、磁鑷等設備中。據專業市場保守預估，線圈不考慮應用層面其市場規模每年可達一億美元以上，若包含應用層面，市場規模更大。普通線圈一般用金屬導線繞匝鐵芯、鋼芯等芯材而成， 由於導線較粗、磁芯體積大，所以形成的螺旋線圈體積大、耗費金屬材料多，價格昂貴。尤其在生物和化學物質分析檢測系統中，難以滿足微量物質和高精度精密分析要求。而當線圈尺度減小，微線圈的加工製作是實現這類應用的關鍵技術之一。傳統採用微細導線繞匝方式製作微線圈屬於精密加工，其繞匝密度有限。而運用微機電系統和半導體製作工藝來製作微線圈，其尺度可達0. 01至1英寸，且製作的線圈尺度可達微米量級，製作精度高，可利用現有成熟半導體製作技術，是目前的一種發展趨勢。目前已有採用半導體製作技術製作的微線圈均為平面結構，如公開號CN1533017A 發明專利所描述的一種雙層雙面平面微線圈製作，採用矽片為基底，經過雙面氧化、光刻、 金屬濺射、刻蝕等步驟，最終製作了雙層結構平面微線圈。雖然採用此技術可製作出微尺度的線圈，但由於在結構上這類微線圈的磁場是垂直於基板，因而會在基板上產生感應電流， 導致能量損耗，降低其品質因數，故無法應用於高頻的微波電路。此外，此類線圈由於主軸與晶片基板垂直，無法向上延伸，限制了其線圈數。公開號CN1463014A發明專利提出了一種採用半導體製作技術，先製作厚膜光阻結構，再完成其中所包含的多匝微線圈組所需的信道，再注入低熔點的導電材料進入厚膜光阻結構的信道當中，最終獲得厚膜光阻結構支撐的多匝微線圈，這種方法雖然能實現線圈磁場與基板平行，但由於線圈採用了低熔點導電材料注入因而限制線圈導電性能進而導致線圈磁性能受限，此外由於單個線圈間存在直導線相連的結構限制其線圈匝密度提高，且線圈不能保持平行因而線圈內部磁場分布不均勻，並且該類微線圈和平面微線圈一樣都需要基板支撐，無法靈活應用到集成微電子系統中。此外，上述微線圈製作過程中沒有考慮線圈通電過程中產生熱量如何散熱問題，這會進一步限制其性能和降低其可靠性。
發明內容
本發明的目的在於提供一種可實現高密度匝數，無需基板支撐結構，能採用高導電性能材料製作的微螺旋線圈及其製作方法，以解決目前平面微線圈及需基板支撐的微線圈所帶來的線圈匝密度不高，微線圈需要基板支撐，所製作微線圈磁特性不好，如產生磁場垂直於基板、線圈內部磁場不均勻、方向不一致等缺點。本發明為解決技術問題採用如下技術方案本發明微螺旋線圈的結構特點是在圓柱狀芯材的表面由內向外依次設置為內導熱絕緣層，螺旋線圈層和外導熱絕緣層。
本發明微螺旋線圈的結構特點也在於所述圓柱狀芯材採用磁性或非磁性材料。所述內導熱絕緣層和外導熱絕緣層為導熱絕緣材料層。所述螺旋線圈層為單層螺旋線圈或是多層螺旋線圈的疊加。本發明微螺旋線圈的製作方法的特點是按如下工藝製作a、在圓柱狀芯材的表面採用真空鍍膜、或電子束鍍膜、或磁控濺射鍍膜、或脈衝雷射沉積鍍膜的方式製作內導熱絕緣層，或採用導熱絕緣固化膠進行塗覆固化製作內導熱絕緣層；b、在所述內導熱絕緣層的外表面採用真空鍍膜、或電子束鍍膜、或磁控濺射鍍膜、 或脈衝雷射沉積鍍膜的方式形成以螺旋線圈層的材料為材質的金屬薄膜；在所述金屬薄膜的表面塗覆光刻膠，並進行甩膠、烘乾處理；C、按螺旋線圈層的螺旋線圈軌跡對光刻膠進行曝光、顯影和定影處理，使金屬薄膜按螺旋線圈軌跡得到保護，其餘部分暴露；再對暴露的金屬薄膜採用化學或物理方法進行刻蝕，形成螺旋線圈層；去除螺旋線圈層上殘留的光刻膠，經清洗和烘乾處理；d、在螺旋線圈層上採用真空鍍膜、或電子束鍍膜、或磁控濺射鍍膜或脈衝雷射沉積鍍膜的方式形成外導熱絕緣層，以所述外導熱絕緣層將所述螺旋線圈層覆蓋即成。本發明微螺旋線圈的製作方法的特點也在於重複步驟b_c形成螺旋線圈層的多層疊加結構。與已有技術相比，本發明的有益效果體現在1、本發明微螺旋線圈可通過控制線圈導線寬度和螺距，或可採用多層線圈疊加的結構來實現高密度線圈匝數，從而實現強磁場；2、本發明基於半導體微加工製作技術，能實現具有不同線圈直徑，高密度匝數，無需基板支持，可靈活移動的微螺旋線圈；微螺旋線圈中磁場均勻，且磁場方向的一致性好； 線圈具有良好的散熱特性，可極大提高線圈的可靠性。
附圖說
圖1為本發明微螺旋線圈結構示意圖；圖中標號1圓柱狀芯體；2內導熱絕緣層；3微螺旋線圈層；4外導熱絕緣層。
具體實施例方式參見圖1，本實施例中的微螺旋線圈是在圓柱狀芯材1的表面由內向外依次設置為內導熱絕緣層2，螺旋線圈層3和外導熱絕緣層4。圓柱狀芯材1可以採用磁性或非磁性材料，包括金屬材料、合金材料和非金屬材料，採用磁性材料可以有效提高磁場強度；內導熱絕緣層2和外導熱絕緣層3為導熱絕緣材料層，螺旋線圈層3可以為單層螺旋線圈或為多層螺旋線圈的疊加，多層螺旋線圈的疊加可以實現更高的線圈密度，用於產生更強的磁場。微螺旋線圈按如下步驟製作1、選擇直徑為125微米的圓柱狀芯材1，用酒精超聲振蕩清洗表面並烘乾處理，在
4圓柱狀芯材1的表面採用真空鍍膜、或電子束鍍膜、或磁控濺射鍍膜、或脈衝雷射沉積鍍膜的方式製作內導熱絕緣層2，或採用導熱絕緣固化膠進行塗覆固化製作內導熱絕緣層2 ；具體製作可以是塗覆厚度為30-50微米的印otek-930導熱絕緣固化膠，在烘箱中以150°C固化15分鐘，固化完成後取出冷卻待用；2、在內導熱絕緣層2的外表面採用真空鍍膜、或電子束鍍膜、或磁控濺射鍍膜、或脈衝雷射沉積鍍膜的方式形成以螺旋線圈層3的材料為材質的金屬薄膜；在金屬薄膜的表面塗覆光刻膠，並進行甩膠、烘乾處理；具體製作可以是採用旋轉鍍膜的方式，在導熱絕緣層2的表面鍍銀膜，銀膜厚度為40-50微米，也可以是其它導電材料；3、按螺旋線圈層3的螺旋線圈軌跡對光刻膠進行曝光、顯影和定影處理，使金屬薄膜按螺旋線圈軌跡得到保護，其餘部分暴露；再對暴露的金屬薄膜採用化學或物理方法進行刻蝕，形成螺旋線圈層3 ；去除螺旋線圈層3上殘留的光刻膠，經清洗和烘乾處理；4、在螺旋線圈層3上採用真空鍍膜、或電子束鍍膜、或磁控濺射鍍膜或脈衝雷射沉積鍍膜的方式形成外導熱絕緣層4，以外導熱絕緣層4將螺旋線圈層3覆蓋即成。具體製作可以是在螺旋線圈層3的表面塗覆厚度為30-50微米的印otek-930導熱絕緣固化膠，在烘箱中以150°C固化15分鐘形成外導熱絕緣層4。通過重複步驟2和步驟3以形成螺旋線圈層3的多層疊加結構。
權利要求
1.一種微螺旋線圈，其特徵是在圓柱狀芯材(1)的表面由內向外依次設置為內導熱絕緣層(2)，螺旋線圈層(3)和外導熱絕緣層(4)。
2.根據權利要求1所述的微螺旋線圈，其特徵是所述圓柱狀芯材(1)採用磁性或非磁性材料。
3.根據權利要求1所述的微螺旋線圈，其特徵是內導熱絕緣層( 和外導熱絕緣層 (3)為導熱絕緣材料層。
4.根據權利要求1所述的微螺旋線圈，其特徵是所述螺旋線圈層(3)為單層螺旋線圈或是多層螺旋線圈的疊加。
5.一種權利要求1所述的微螺旋線圈的製作方法，其特徵是按如下工藝製作a、在圓柱狀芯材(1)的表面採用真空鍍膜、或電子束鍍膜、或磁控濺射鍍膜、或脈衝雷射沉積鍍膜的方式製作內導熱絕緣層O)，或採用導熱絕緣固化膠進行塗覆固化製作內導熱絕緣層⑵；b、在所述內導熱絕緣層O)的外表面採用真空鍍膜、或電子束鍍膜、或磁控濺射鍍膜、 或脈衝雷射沉積鍍膜的方式形成以螺旋線圈層(3)的材料為材質的金屬薄膜；在所述金屬薄膜的表面塗覆光刻膠，並進行甩膠、烘乾處理；c、按螺旋線圈層(3)的螺旋線圈軌跡對光刻膠進行曝光、顯影和定影處理，使金屬薄膜按螺旋線圈軌跡得到保護，其餘部分暴露；再對暴露的金屬薄膜採用化學或物理方法進行刻蝕，形成螺旋線圈層(3)；去除螺旋線圈層(3)上殘留的光刻膠，經清洗和烘乾處理；d、在螺旋線圈層C3)上採用真空鍍膜、或電子束鍍膜、或磁控濺射鍍膜或脈衝雷射沉積鍍膜的方式形成外導熱絕緣層(4)，以所述外導熱絕緣層(4)將所述螺旋線圈層( 覆蓋即成。
6.根據權利要求5所述的微螺旋線圈的製作方法，其特徵是重複步驟b-c形成螺旋線圈層(3)的多層疊加結構。
全文摘要
本發明公開了一種微螺旋線圈及其製作方法，其特徵是在圓柱狀芯材的表面由內向外依次設置為內導熱絕緣層，螺旋線圈層和外導熱絕緣層。本發明是在圓柱狀芯體的表面進行半導體微加工工藝製作微螺旋線圈，能實現具有不同線圈直徑，高密度匝數，無需基板支持，可靈活移動的微螺旋線圈；微螺旋線圈中磁場均勻，且磁場方向的一致性好；線圈具有良好的散熱特性。
文檔編號H01F5/00GK102360685SQ20111022090
公開日2012年2月22日 申請日期2011年8月3日 優先權日2011年8月3日
發明者任東旭, 俞本立, 劉巖, 盧璐, 徐峰, 曹志剛, 汪輝 申請人:安徽大學