雙層雙面平面微線圈的製作方法

2024-01-31 01:18:15

專利名稱：雙層雙面平面微線圈的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於微機械構件，涉及一種對微型平面線圈的改進。
背景技術：
目前研製的微型化驅動器均將微機械平面線圈製作於襯底的上表面，為單面微線圈。當需要製作兩層或多層微線圈時，則在一層微線圈上表面製作絕緣層，然後再製作另一層微線圈(章吉良，楊春生等，Φ2mm微馬達驅動旋轉式微泵，微細加工技術，2000年，第一期，55-60)。其結構如圖1所示。它包括襯底1-1，電鑄陰極1-2，第一層微線圈1-3，絕緣層1-4、1-6，第二層微線圈1-5，三氧化二鋁耐磨層1-7。電鑄陰極位於襯底的上表面並與之接觸，第一層微線圈位於電鑄陰極上表面並與之接觸，絕緣層位於第一層微線圈之間及上表面並與之接觸，第二層微線圈位於絕緣層的上表面並與之接觸，絕緣層位於第二層微線圈之間及上表面並與之接觸，三氧化二鋁耐磨層位於絕緣層上表面並與之接觸。其工藝步驟如圖2所示首先在鐵氧體襯底表面澱積一層金屬薄膜作為電鑄陰極(如圖2-1)；塗膠、曝光、顯影后形成電鑄掩模(如圖2-2)；電鑄銅後去除光刻膠，刻蝕電鑄陰極形成第一層微線圈(如圖2-3)；塗光刻膠並高溫處理形成絕緣層(如圖2-4)；重複工藝2-1-2-2形成第二層微線圈(如圖2-5)；最後用三氧化二鋁作為耐磨層和潤滑層(如圖2-6)。

發明內容
為了解決已有技術採用單面微線圈的結構，當應用於平面微電機時易出現的單邊拉力，使微線圈在相同體積的情況下電磁力矩小的問題，本實用新型的目的是將要提供一種電磁力矩大、體積小的雙層雙面平面微線圈。
本實用新型的結構包括包括襯底、上絕緣層、下絕緣層、上一層電鑄陰極、下一層電鑄陰極、上一層微線圈、下一層微線圈、上一層微線圈絕緣層、下一層微線圈絕緣層、上二層電鑄陰極、上二層電鑄陰極、下二層電鑄陰極、上二層微線圈、下二層微線圈、上保護層、下保護層、上附加磁芯、下附加磁芯、磁芯；上絕緣層和下絕緣層分別位於襯底的上、下表面並與之接觸，上一層電鑄陰極和下一層電鑄陰極分別位於上絕緣層、下絕緣層表面並與之接觸，上一層微線圈和下一層微線圈分別位於上一層電鑄陰極和下一層電鑄陰極表面並與之接觸，上一層微線圈絕緣層和下一層微線圈絕緣層分別位於上一層微線圈和下一層微線圈表面並與之接觸，上二層電鑄陰極和下二層電鑄陰極分別位於上一層微線圈絕緣層和下一層微線圈絕緣層表面並與之接觸，上二層電鑄陰極、下二層電鑄陰極分別位於磁芯的上、下表面並與之接觸，磁芯穿過襯底並與之接觸，上附加磁芯和下附加磁芯分別位於上二層電鑄陰極和下二層電鑄陰極表面並與之接觸，上二層微線圈和下二層微線圈分別位於上二層電鑄陰極和下二層電鑄陰極表面並與之接觸，上保護層和下保護層分別覆蓋於上二層微線圈和下二層微線圈以及上附加磁芯和下附加磁芯表面並與之接觸。
本實用新型的積極效果由於本實用新型採用了下絕緣層、下一層電鑄陰極、下一層微線圈、下一層微線圈絕緣層、下二層電鑄陰極、下二層微線圈、下保護層，解決了已有技術因單面線圈引起的平面微電機的單邊拉力問題，使微線圈在相同體積的情況下電磁力矩小的問題。同時在相同體積下可增加平面微電機的電磁力矩。採用矽材料作襯底使微線圈便於與電路及其它微器件集成。同時因採用了上附加磁芯、下附加磁芯、磁芯，使微線圈減小磁阻，增加電磁力的結構設計，充分利用坡莫合金的電、磁特性，使坡莫合金即充當通孔導線又同時作為磁芯可降低磁阻，為此本實用新型提供了一種平面微線圈的電磁力大、減少了體積的雙層雙面平面微線圈製作方法。採用本實用新型製造的平面電磁微電機可應用於工業、航天、軍事、醫學及科學研究等領域。


圖1已有技術微線圈結構圖圖2已有技術微線圈結構及工藝流程圖3本實用新型的第一、二層微線圈結構示意圖圖4本實用新型的結構圖圖5本實用新型雙面微線圈的工藝步驟流程圖具體實施方式
本實用新型的圖3中圖3-1為第一層微線圈，圖3-2為第二層微線圈結構示意圖。本實用新型的結構如圖4所示包括襯底1、上絕緣層2、下絕緣層3、上一層電鑄陰極4、下一層電鑄陰極5、上一層微線圈6、下一層微線圈7、上一層微線圈絕緣層8、下一層微線圈絕緣層9、上二層電鑄陰極10、上二層電鑄陰極16、下二層電鑄陰極11、17、上二層微線圈12、下二層微線圈13、上保護層14、下保護層15、上附加磁芯18、下附加磁芯19、磁芯20；實施例如圖5所示a、首先將襯底1雙面拋光；襯底1材料選用厚度為380μm的P型(100)矽片。
b、在襯底1的上、下表面各分別生長一層薄膜為上絕緣層2、下絕緣層3；薄膜材料選用二氧化矽薄膜，用氫氧合成方法生長，厚度約1μm。
c、用普通光刻膠雙面光刻、腐蝕上述的薄膜形成腐蝕窗口；光刻膠可選用BP212型正性光刻膠，或AZ1500系列光刻膠，腐蝕方式為溼法腐蝕。
d、對上述腐蝕窗口處的矽進行腐蝕形成通孔，如圖5-1所示；矽腐蝕可採用40％KOH溶液進行各向異性溼法腐蝕，或用ICP設備進行幹法刻蝕。
e、對步驟d雙面生長金屬薄膜作為上、下一層電鑄陰極4、5，如圖5-2所示；金屬薄膜可選用銅/鉻，用濺射方法生長，膜厚度為100-500nm。
f、對步驟e進行第一次厚膠雙面光刻，顯影后形成上、下一層微線圈膠模，如圖5-3所示；光刻膠選用AZP4903、AZP4620等，表面膠厚為20μm-40μm。
g、對步驟f精密脈衝電鑄，形成上、下一層微線圈6、7及通孔引線，如圖5-4所示；上、下一層微線圈的材料採用銅。
h、去除步驟g光刻膠，如圖5-5所示；將樣品在丙酮或去膠劑中浸泡以去除光刻膠。
i、對步驟h進行第二次厚膠雙面光刻，光刻膠遮蓋微線圈而使通孔引線暴露出來，如圖5-6所示；此次表面光刻膠厚度為20-40μm，光刻膠型號與步驟(f)相同。
j、在步驟i通孔引線的內壁電鑄形成坡莫合金磁芯20，如圖5-7所示；電鑄材料為坡莫合金。
k、去除步驟j雙面的光刻膠，並刻蝕掉步驟e生長的上、下一層電鑄陰極4、5，如圖5-8所示；用丙酮或專用去膠劑去膠，用溼法或幹法刻蝕去除電鑄陰極。
l、在步驟k的上、下表面光刻形成上一層微線圈絕緣層8、下一層微線圈絕緣層9，如圖5-9所示；光刻材料用光敏聚醯亞胺，光刻後將磁芯暴露而將一層微線圈掩蔽並絕緣。
m、在步驟l的上、下表面再次濺射金屬薄膜作為上、下二層電鑄陰極10、16、11、17，如圖5-10所示；濺射的金屬與步驟(e)相同。
n、在步驟m的上、下表面進行第三次厚膠雙面光刻，顯影后形成上、下二層微線圈膠模，然後電鑄形成上、下二層微線圈12、13，去除光刻膠，如圖5-11所示；所用的材料與條件與步驟(i)(j)相同。
o、去除步驟n的光刻膠，在上、下表面進行第四次厚膠雙面光刻，顯影后電鑄形成坡莫合金上、下附加磁芯18、19，如圖5-12所示；工藝條件及材料與步驟(j)相同。
p、去除步驟o的光刻膠及上、下二層電鑄陰極10、11，如圖5-13；工藝條件與步驟(k)相同。
q、在步驟p的上、下表面製作上、下保護層14、15，如圖5-14。上、下保護層材料選用聚醯亞胺，在80、150、180、220、250及300攝氏度下各一小時進行固化，然後緩慢降溫以減小應力。
權利要求1.雙層雙面平面微線圈，包括襯底(1)、上絕緣層(2)、上一層電鑄陰極(4)、上一層微線圈(6)、上一層微線圈絕緣層(8)、上二層電鑄陰極(10)、上二層微線圈(12)、上保護層(14)，其特徵在於還包括有下絕緣層(3)、下一層電鑄陰極(5)、下一層微線圈(7)、下一層微線圈絕緣層(9)、下二層電鑄陰極(11)、下二層微線圈(13)、下保護層(15)、上二層電鑄陰極(16)、下二層電鑄陰極(17)、上附加磁芯(18)、下附加磁芯(19)、磁芯(20)，上絕緣層(2)和下絕緣層(3)分別位於襯底(1)的上、下表面並與之接觸，上一層電鑄陰極(4)和下一層電鑄陰極(5)分別位於上絕緣層(2)、下絕緣層(3)表面並與之接觸，上一層微線圈(6)和下一層微線圈(7)分別位於上一層電鑄陰極(4)和下一層電鑄陰極(5)表面並與之接觸，上一層微線圈絕緣層(8)和下一層微線圈絕緣層(9)分別位於上一層微線圈(6)和下一層微線圈(7)表面並與之接觸，上二層電鑄陰極(10)和下二層電鑄陰極(11)分別位於上一層微線圈絕緣層(8)和下一層微線圈絕緣層(9)表面並與之接觸，上二層電鑄陰極(16)、下二層電鑄陰極(17)分別位於磁芯(20)的上、下表面並與之接觸，磁芯(20)穿過襯底(1)並與之接觸，上附加磁芯(18)和下附加磁芯(19)分別位於上二層電鑄陰極(16)和下二層電鑄陰極(17)表面並與之接觸，上二層微線圈(12)和下二層微線圈(13)分別位於上二層電鑄陰極(10)和下二層電鑄陰極(11)表面並與之接觸，上保護層(14)和下保護層(15)分別覆蓋於上二層微線圈(12)和下二層微線圈(13)以及上附加磁芯(18)和下附加磁芯(19)表面並與之接觸。
專利摘要本實用新型屬於微機械構件，涉及一種對微型平面線圈的改進。包括襯底1、上、下絕緣層2、3，上、下一層電鑄陰極4、5，上、下一層微線圈6、7，上、下一層微線圈絕緣層8、9，上二層電鑄陰極10、16，下二層電鑄陰極11、17，上、下二層微線圈12、13，上、下保護層14、15，上、下附加磁芯18、19，磁芯20，解決了單面線圈引起平面微電機的單邊拉力、電磁力矩小的問題。在相同體積下可增加平面微電機的電磁力矩。採用矽材料使微線圈便於與電路及其它微器件集成。本實用新型提供了一種平面微線圈的電磁力大、減少了體積的雙層雙面平面微線圈製作方法。可應用於工業、航天、軍事、醫學及科學研究等領域。
文檔編號H02K3/04GK2634714SQ0321221
公開日2004年8月18日 申請日期2003年3月26日 優先權日2003年3月26日
發明者梁靜秋, 郭佔社, 吳一輝, 宣明 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所