CN109390144B - 一种mems环形螺线管变压器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种MEMS环形螺线管变压器，包括：硅衬底、环形软磁铁芯、第一螺线管及第二螺线管；其中，环形软磁铁芯包裹在硅衬底内部，硅衬底上设置有第一螺旋孔道和第二螺旋孔道，且环形软磁铁芯的两个相对的边分别穿过第一螺旋孔道的中心和第二螺旋孔道的中心，第一螺线管及第二螺线管分别设置在第一螺旋孔道和第二螺旋孔道中。通过将变压器的环形软磁铁芯、第一螺线管及第二螺线管全部设置在硅衬底的内部，充分利用了硅衬底的厚度，得到的变压器的绕组横截面积更大，磁通量更高，使得变压器的电感值高；同时，硅衬底能够对环形软磁铁芯、第一螺线管及第二螺线管起到保护作用，提高了变压器的强度，抗冲击性能好。

Description

一种MEMS环形螺线管变压器及其制造方法

技术领域

本发明实施例涉及微机电系统(MEMS)技术领域，更具体地，涉及一种MEMS环形螺线管变压器及其制造方法。

背景技术

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)微型变压器利用电磁感应原理把电能在两个电路之间传递，由磁芯和绕组构成，与常规变压器相比，磁芯尺寸大幅度缩小，绕组形式也有所改变。微型变压器在微型电子设备、信息设备上有广泛应用，可以起到电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压等作用。

目前基于MEMS工艺的微型变压器主要分为两种，平面螺旋式与螺线管式。其中，平面螺旋式变压器的结构随着绕组匝数增多，线圈直径变大，沿铁芯的总磁通量并不能线性增加而是增加量逐渐减小，因此此种结构的匝数一般有限，导致此种变压器的总功率提升有瓶颈。螺线管式变压器克服了绕组匝数的限制，原则上可以进一步提高变压器总功率。

但是，目前基于MEMS工艺的微型变压器大都是采用薄膜制造工艺，薄膜制造工艺是一种增材制造方法，故得到的微型变压器的绝大部分结构都是在衬底之上，导致变压器强度难以保证，抗冲击性差；同时采用薄膜制造工艺能够得到的垂直高度有限，使得变压器的绕组横截面积小，导致变压器的电感值低且磁通量小。

发明内容

本发明实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的MEMS环形螺线管变压器及其制造方法。

一方面本发明实施例提供了一种MEMS环形螺线管变压器，包括：硅衬底、环形软磁铁芯、第一螺线管及第二螺线管；其中，

所述环形软磁铁芯包裹在所述硅衬底内部，所述硅衬底上设置有第一螺旋孔道和第二螺旋孔道，且所述环形软磁铁芯的两个相对的边分别穿过所述第一螺旋孔道的中心和所述第二螺旋孔道的中心，所述第一螺线管及所述第二螺线管分别设置在所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道中。

进一步地，所述硅衬底分为上硅衬底和下硅衬底，所述环形软磁铁芯分为上铁芯和下铁芯，且所述上铁芯和所述下铁芯形状相同；

所述上硅衬底的下表面设置有与所述上铁芯形状相对应的铁芯槽，所述下硅衬底的上表面设置有与所述下铁芯形状相对应的铁芯槽，所述上铁芯和所述下铁芯分别设置在对应的铁芯槽中，且所述上硅衬底的下表面和所述下硅衬底的上表面相互键合，使得所述上铁芯的下表面和所述下铁芯的上表面相互对准。

进一步地，所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道分别包括多条第一水平沟槽、多条第二水平沟槽以及多个竖直通孔；

所述第一水平沟槽设置在所述硅衬底的上表面，所述第二水平沟槽设置在所述硅衬底的下表面，所述竖直通孔贯通所述硅衬底的上表面和下表面；

所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道中的任一所述第一水平沟槽的首尾分别与两个竖直通孔连通，且所述两个竖直通孔分别与两个相邻的第二水平沟槽连通。

进一步地，还包括四个引脚和四个引脚槽；

所述四个引脚槽设置在所述硅衬底的上表面，所述四个引脚槽中的两个引脚槽分别与所述第一螺旋孔道的首尾连通，所述四个引脚槽中的另外两个引脚槽分别与所述第二螺旋孔道的首尾连通，所述四个引脚分别设置在所述四个引脚槽中。

进一步地，所述环形软磁铁芯由铁镍合金材料或铁钴合金材料制作而成。

进一步地，所述第一螺线管和所述第二螺线管由金属铜制作而成。

另一方面本发明实施例提供了一种MEMS环形螺线管变压器的制造方法，包括：

步骤1，分别制作上硅衬底和下硅衬底；其中，

制作所述上硅衬底包括：

对第一预设厚度的第一硅片进行第一次热氧化；

根据第一螺旋孔道及第二螺旋孔道的结构和相对位置，分别在经第一次氧化后的所述第一硅片的上表面、内部和下表面硅深刻蚀出多条的第一水平沟槽、多个竖直通孔的上半部分以及铁芯槽；

对经硅深刻蚀得到的所述第一硅片进行第二次热氧化，得到所述上硅衬底；

制作所述下硅衬底包括：

对第一预设厚度的第二硅片进行第一次热氧化；

根据第一螺旋孔道及第二螺旋孔道的结构和相对位置，分别在经第一次氧化后的所述第二硅片的上表面、内部和下表面硅深刻蚀出铁芯槽、多个竖直通孔的下半部分及多条的第二水平沟槽；

对所述第二硅片进行第二次热氧化，得到所述下硅衬底；

步骤2，分别在所述上硅衬底和所述下硅衬底的铁芯槽内电镀形成上铁芯和下铁芯；

步骤3，将所述上硅衬底的上表面和所述下硅衬底的下表面相对设置，且使所述上铁芯的下表面和所述下铁芯的上表面相互对准后，将所述上硅衬底和所述下硅衬底低温键合，键合后的所述上硅衬底和所述下硅衬底中形成所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道；

步骤4，在所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道中电镀形成第一螺线管和第二螺线管，即得到MEMS环形螺线管变压器。

进一步地，所述在所述上硅衬底的铁芯槽内电镀形成上铁芯，具体包括：

将带有铁芯槽图案的金属掩膜版与所述上硅衬底的下表面上的铁芯槽配准后，将所述金属掩膜版紧贴在所述上硅衬底的下表面；

在所述上硅衬底的下表面磁控溅射第二预设厚度金属镍或金属钴作为种子层后，在所述上硅衬底的铁芯槽内电镀第三预设厚度的铁镍合金或铁钴合金即得到上铁芯；相应地，

所述在所述下硅衬底的铁芯槽内电镀形成下铁芯，具体包括：

将带有铁芯槽图案的金属掩膜版与所述下硅衬底的上表面上的铁芯槽配准后，将所述金属掩膜版紧贴在所述下硅衬底的上表面；

在所述下硅衬底的上表面磁控溅射第二预设厚度金属镍或金属钴作为种子层后，在所述下硅衬底的铁芯槽内电镀第三预设厚度的铁镍合金或铁钴合金即得到下铁芯。

进一步地，所述在所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道中电镀形成第一螺线管和第二螺线管，具体包括：

在所述下硅衬底的下表面磁控溅射第四预设厚度的金属钛作为中间层，并在所述中间层上磁控溅射第五预设厚度的金属铜作为种子层，再在所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道的第二沟槽和竖直通孔内电镀金属铜直至金属铜填充至第一沟槽的下平面的位置；

在所述上硅衬底的上表面磁控溅射金属铜作为种子层后，电镀金属铜直至所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道完全被金属铜填满，即得到所述第一螺线管和所述第二螺线管。

进一步地，所述制作所述上硅衬底包括还包括：

根据四个引脚的结构和位置，在经第一次氧化后的所述第一硅片的上表面硅深刻蚀出四个引脚槽；相应地，

在步骤S4中还包括：

在所述四个引脚槽中电镀形成所述四个引脚。

本发明实施例提供的一种MEMS环形螺线管变压器及其制造方法，通过将变压器的环形软磁铁芯、第一螺线管及第二螺线管全部设置在硅衬底的内部，充分利用了硅衬底的厚度，得到的变压器的绕组横截面积更大，磁通量更高，使得变压器的电感值高；同时，硅衬底能够对环形软磁铁芯、第一螺线管及第二螺线管起到保护作用，提高了变压器的强度，抗冲击性能好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种MEMS环形螺线管变压器的立体结构示意图；

图2为本发明实施例中上硅衬底的立体结构示意图；

图3为本发明实施例中下硅衬底的立体结构示意图；

图4为本发明实施例提供的实例中一种MEMS环形螺线管变压器的制造过程的步骤(1)至(6)的截面示意图；

图5为本发明实施例提供的实例中一种MEMS环形螺线管变压器的制造过程的步骤(7)至(12)的截面示意图；

图6为本发明实施例提供的实例中一种MEMS环形螺线管变压器的制造过程的步骤(13)至(17)的截面示意图；

附图标记：

1-硅衬底； 2-环形软磁铁芯；

3-第一螺线管； 4-第二螺线管；

5-引脚； 5’-引脚槽；

11-上硅衬底； 12-下硅衬底；

21-上铁芯； 22-下铁芯；

31’-第一水平沟槽； 32’-第二水平沟槽；

33’-竖直通孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种MEMS环形螺线管变压器的立体结构示意图，如图1所示，包括：硅衬底1、环形软磁铁芯2、第一螺线管3及第二螺线管4；其中，

所述环形软磁铁芯2包裹在所述硅衬底1内部，如图2和图3所示，所述硅衬底1上设置有第一螺旋孔道和第二螺旋孔道，且所述环形软磁铁芯2的两个相对的边分别穿过所述第一螺旋孔道的中心和所述第二螺旋孔道的中心，所述第一螺线管3及所述第二螺线管4分别设置在所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道中。

其中，由于第一螺旋孔道和第二螺旋孔道都设置在硅衬底1上，所以分别设置在第一螺旋孔道和第二螺旋孔道中的第一螺线管3及第二螺线管4也是设置在硅衬底1的内部，即变压器的环形软磁铁芯2、第一螺线管3及第二螺线管4都设置在硅衬底1的内部。

具体地，第一螺线管3和第一螺旋孔道形状相同，第二螺线管4和第二螺旋孔道形状相同，且第一螺线管3及第二螺线管4分别设置在第一螺旋孔道和第二螺旋孔道中，由于环形软磁铁芯2的两个相对的边分别穿过第一螺旋孔道的中心和第二螺旋孔道的中心，环形软磁铁芯2的两个相对的边也分别穿过第一螺线管3及第二螺线管4的中心。变压器工作时，第一螺线管3为变压器的初级绕组，第二螺线管4为变压器的次级绕组，第一螺线管3的首尾两端构成变压器的输入端，第二螺线管4的首尾两端构成变压器的输出端。可以理解地，第一螺线管3和第二螺线管4的匝数决定变压器的变压比。

本发明实施例提供的一种MEMS环形螺线管变压器，通过将变压器的环形软磁铁芯、第一螺线管及第二螺线管全部设置在硅衬底的内部，充分利用了硅衬底的厚度，得到的变压器的绕组横截面积更大，磁通量更高，使得变压器的电感值高；同时，硅衬底能够对环形软磁铁芯、第一螺线管及第二螺线管起到保护作用，提高了变压器的强度，抗冲击性能好。

在上述实施例中，如图1-3所示，所述硅衬底1分为上硅衬底11和下硅衬底12，所述环形软磁铁芯2分为上铁芯21和下铁芯22，且所述上铁芯21和所述下铁芯22形状相同；

所述上硅衬底11的下表面设置有与所述上铁芯21形状相对应的铁芯槽，所述下硅衬底12的上表面设置有与所述下铁芯22形状相对应的铁芯槽，所述上铁芯21和所述下铁芯22分别设置在对应的铁芯槽中，且所述上硅衬底11的下表面和所述下硅衬底12的上表面相互键合，使得所述上铁芯21的下表面和所述下铁芯22的上表面相互对准。

其中，上铁芯21和下铁芯22为形状相同的两块铁芯，是由环形软磁铁芯2在竖直方向平分而成，两者的形状也是环形，而厚度为环形软磁铁芯2的一半。同理，上硅衬底11和下硅衬底12是由硅衬底1在竖直方向平分而成，两者对称设置。

通过将硅衬底和环形软磁铁芯分别平分了两个部分，使得变压器整体便于加工的同时，将环形软磁铁芯分为上铁芯和下铁芯两个部分可以减少铁芯内的涡流损耗，进一步提高变压器的效率。

在上述实施例中，如图2和图3所示，所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道分别包括多条第一水平沟槽31’、多条第二水平沟槽32’以及多个竖直通孔33’；

所述第一水平沟槽31’设置在所述硅衬底1的上表面，所述第二水平沟槽32’设置在所述硅衬底1的下表面，所述竖直通孔33’贯通所述硅衬底的上表面和下表面；

所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道中的任一所述第一水平沟槽31’的首尾分别与两个竖直通孔33’连通，且所述两个竖直通孔33’分别与两个相邻的第二水平沟槽32’连通。

其中，当硅衬底1被分为上硅衬底11和下硅衬底12时，每个竖直通孔33’也被分为分别位于上硅衬底11和下硅衬底12的两个部分。

具体地，在一个螺旋孔道中，多个第一水平沟槽31’和多个第二水平沟槽32’通过多个竖直通孔33’连通。可以理解的，竖直通孔33’可以是直线形或弧形，第一水平沟槽31’和第二水平沟槽32’也可以是直线形或弧形。

在上述实施例中，如图1所示，变压器还包括四个引脚5和四个引脚槽5’；

所述四个引脚槽5’设置在所述硅衬底1的上表面，所述四个引脚槽5’中的两个引脚槽5’分别与所述第一螺旋孔道的首尾连通，所述四个引脚槽5’中的另外两个引脚槽5’分别与所述第二螺旋孔道的首尾连通，所述四个引脚5分别设置在所述四个引脚槽5’中。

具体地，由于四个引脚槽5’中的两个引脚槽5’分别与第一螺旋孔道的首尾连通，四个引脚槽5’中的另外两个引脚槽5’分别与第二螺旋孔道的首尾连通，所以，四个引脚5中的两个引脚5分别与第一螺线管3的首尾连接，四个引脚5中的另外两个引脚5分别与第二螺线管4的首尾连接。在变压器工作时，四个引脚5中的两个引脚5构成变压器的输入端，四个引脚5中的另外两个引脚5构成变压器的输出端。

在上述实施例中，所述环形软磁铁芯2由铁镍合金材料或铁钴合金材料制作而成。

在上述实施例中，所述第一螺线管3和所述第二螺线管4由金属铜制作而成。

本发明实施例提供的一种MEMS环形螺线管变压器的制造方法，包括：

步骤1，分别制作上硅衬底和下硅衬底；其中，制作所述上硅衬底包括：对第一预设厚度的第一硅片进行第一次热氧化；根据第一螺旋孔道及第二螺旋孔道的结构和相对位置，分别在经第一次氧化后的所述第一硅片的上表面、内部和下表面硅深刻蚀出多条的第一水平沟槽、多个竖直通孔的上半部分以及铁芯槽；对经硅深刻蚀得到的所述第一硅片进行第二次热氧化，得到所述上硅衬底；制作所述下硅衬底包括：对第一预设厚度的第二硅片进行第一次热氧化；根据第一螺旋孔道及第二螺旋孔道的结构和相对位置，分别在经第一次氧化后的所述第二硅片的上表面、内部和下表面硅深刻蚀出铁芯槽、多个竖直通孔的下半部分及多条的第二水平沟槽；对所述第二硅片进行第二次热氧化，得到所述下硅衬底；

步骤2，分别在所述上硅衬底和所述下硅衬底的铁芯槽内电镀形成上铁芯和下铁芯；

步骤3，将所述上硅衬底的上表面和所述下硅衬底的下表面相对设置，且使所述上铁芯的下表面和所述上铁芯的上表面相互对准后，将所述上硅衬底和所述下硅衬底低温键合，键合后的所述上硅衬底和所述下硅衬底中形成所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道；

步骤4，在所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道中电镀形成第一螺线管和第二螺线管，即得到MEMS环形螺线管变压器。

其中，在步骤S1中，上硅衬底11和下硅衬底12之间结构上的差异实质上仅仅在于，上硅衬底11上表面设置的是第一水平沟槽31’，下硅衬底12下表面设置的是第二水平沟槽32’，其余部分的结构均相同，且硅衬底11和下硅衬底12对称设置，在两者键合之前的加工过程基本一致。

在步骤S2中，在上硅衬底11和下硅衬底12上分别电镀形成上铁芯21和下铁芯22，因为需要将铁芯完全包裹在硅衬底之内，故铁芯电镀这一步骤在键合上硅衬底11和下硅衬底12之前完成。

在步骤S3中，键合上硅衬底11和下硅衬底12时，需要保证且使上铁芯21的下表面和下铁芯22的上表面相互对准，以保证两者的磁场相互协调。同时，上硅衬底11和下硅衬底12键合后，之前分别设置在上硅衬底11和下硅衬底12的水平沟槽和竖直通孔组合形成第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道。

在步骤S4中，第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道形成后，只需要在其中电镀相关金属，即可形成第一螺线管3和第二螺线管4。

具体地，第一硅片和第二硅片可采用1000μm厚的双抛硅片，并采用高电阻率的硅片，以提高变压器整体的绝缘性，减少高频下的涡流损失。对第一硅片和第二硅片进行热氧化一般形成2μm厚的热氧化层即可。根据环形软磁铁芯2、第一螺旋孔道3及第二螺旋孔道4的结构和相对位置，对第一硅片和第二硅片进行硅深刻蚀得到上硅衬底11和下硅衬底12并在此进行热氧化处理，即可将上硅衬底11和下硅衬底12作为基底用于制作变压器的其他结构。接下来，在上硅衬底11和下硅衬底12的相应位置利用电镀形成上铁芯21和下铁芯22。通过键合将上铁芯21和下铁芯22包裹在硅衬底1的内部，并形成完整的第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道。在第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道中电镀形成第一螺线管3和第二螺线管4，即完成了MEMS环形螺线管变压器的制作。

本发明实施例提供的一种MEMS环形螺线管变压器的制造方法，将硅衬底分为两个对称的部分单独进行制作，并再键合前完成铁芯电镀，键合后电镀形成螺线管，整个制作过程无需采用多层硅深刻蚀，提高了加工的容错率，具有很好的可重复性，得到的变压器结构准确度高，且能够与IC半导体工艺兼容，适用于大规模生产。

在上述实施例中，所述在所述上硅衬底11的铁芯槽内电镀形成上铁芯21，具体包括：

将带有铁芯槽图案的金属掩膜版与所述上硅衬底11的下表面上的铁芯槽配准后，将所述金属掩膜版紧贴在所述上硅衬底11的下表面；

在所述上硅衬底11的下表面磁控溅射第二预设厚度金属镍或金属钴作为种子层后，在所述上硅衬底11的铁芯槽内电镀第三预设厚度的铁镍合金或铁钴合金即得到上铁芯21。

相应地，所述在所述下硅衬底12的铁芯槽内电镀形成下铁芯22，具体包括：

将带有铁芯槽图案的金属掩膜版与所述下硅衬底12的上表面上的铁芯槽配准后，将所述金属掩膜版紧贴在所述下硅衬底12的上表面；

在所述下硅衬底12的上表面磁控溅射第二预设厚度金属镍或金属钴作为种子层后，在所述下硅衬底12的铁芯槽内电镀第三预设厚度的铁镍合金或铁钴合金即得到下铁芯22。

其中，当铁芯采用铁镍合金时，对应的种子层采用金属镍；当铁芯采用铁钴合金时，对应的种子层采用金属钴。种子层的厚度即第二预设厚度，可以根据实际的工艺需求进行确定。上铁芯21和下铁芯22的厚度即第三预设厚度，根据铁芯槽的深度确定。

具体地，上铁芯21和下铁芯22的制作过程所采用的工艺完全相同，只是两者形成的位置不同，两者可以同时单独加工制作。

在上述实施例中，所述在所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道中电镀形成第一螺线管3和第二螺线管4，具体包括：

在所述下硅衬底的下表面磁控溅射第四预设厚度的金属钛作为中间层，并在所述中间层上磁控溅射第五预设厚度的金属铜作为种子层，再在所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道的第二沟槽和竖直通孔内电镀金属铜直至金属铜填充至第一沟槽的下平面的位置；

在所述上硅衬底的上表面磁控溅射金属铜作为种子层后，电镀金属铜直至所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道完全被金属铜填满，即得到所述第一螺线管和所述第二螺线管。

在上述实施例中，所述制作所述上硅衬底包括还包括：

根据四个引脚的结构和位置，在经第一次氧化后的所述第一硅片的上表面硅深刻蚀出四个引脚槽；

相应地，在步骤S4中还包括：

在所述四个引脚槽中电镀形成所述四个引脚。

下面通过一个实例对MEMS环形螺线管变压器的制造方法进一步进行说明，需要说明的是，以下仅仅是本发明实施例的一个实例，本发明实施例并不以此为限。

图4-6为本发明实施例提供的实例中一种MEMS环形螺线管变压器的制造过程的步骤(1)至(17)的截面示意图，具体为：

(1)采用1000μm厚双抛硅片。采用高电阻率硅片以提高整体结构绝缘性，减少高频下涡流损失。硅片热氧化，生成双面2μm厚热氧化层。

(2)涂覆光刻胶，上硅衬底上表面曝光第一水平沟槽(覆盖竖直通孔位置)、触点图案，下硅衬底上表面曝光竖直通孔和第二水平沟槽，上硅衬底和下硅衬底的下表面分别曝光铁芯槽图案，第一水平沟槽、第二水平沟槽及竖直通孔构成螺旋孔道。

(3)使用BOE(Buffered Oxide Etch)溶液去除暴露位置的二氧化硅，图形化。

(4)第二次涂胶，上硅衬底和下硅衬底的上下表面曝光竖直通孔图案。

(5)硅深刻蚀上下表面，刻蚀出硅通孔图案

(6)使用piranha溶液，去除光刻胶

(7)以氧化层作为掩蔽层进行上表面刻蚀，刻蚀出竖直通孔与上表面水平沟槽。以氧化层作为掩蔽层进行下表面刻蚀，刻蚀出铁芯图案。

(8)热氧化，形成2μm厚氧化层。

(9)取带有铁芯槽图案的金属掩膜版，将其上铁芯槽图案与一二号硅片下表面的铁芯槽图案对准，紧贴在硅片下表面上。

(10)下表面磁控溅射100nm金属镍作为种子层。

(11)电镀铁镍合金，使铁镍合金从底部填充到距硅片表面100um。

(12)将上硅衬底和下硅衬底的下表面相对，进行低温硅硅键合。

(13)下表面磁控溅射100nm金属钛为中间层，随后溅射500nm金属铜作为种子层。

(14)电镀金属铜，使电镀铜从底部填充到顶部水平导线下平面位置。

(15)上表面磁控溅射500nm金属铜。

(16)电镀金属铜，使得上表面全部结构被电镀铜完全覆盖。

(17)使用CMP(化学机械抛光机)进行上下表面金属铜减薄，直到金属铜减薄至于硅片热氧化层表面相同高度停止，随后CMP抛光表面，完成MEMS微型变压器的制作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种MEMS环形螺线管变压器，其特征在于，包括：硅衬底、环形软磁铁芯、第一螺线管及第二螺线管；其中，

所述环形软磁铁芯包裹在所述硅衬底内部，所述硅衬底上设置有第一螺旋孔道和第二螺旋孔道，且所述环形软磁铁芯的两个相对的边分别穿过所述第一螺旋孔道的中心和所述第二螺旋孔道的中心，所述第一螺线管及所述第二螺线管分别设置在所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道中；

所述硅衬底分为上硅衬底和下硅衬底，所述环形软磁铁芯分为上铁芯和下铁芯，且所述上铁芯和所述下铁芯形状相同；

所述上硅衬底的下表面设置有与所述上铁芯形状相对应的铁芯槽，所述下硅衬底的上表面设置有与所述下铁芯形状相对应的铁芯槽，所述上铁芯和所述下铁芯分别设置在对应的铁芯槽中，且所述上硅衬底的下表面和所述下硅衬底的上表面相互键合，使得所述上铁芯的下表面和所述下铁芯的上表面相互对准；

其中，所述上铁芯和所述下铁芯，为所述上硅衬底和所述下硅衬底的铁芯槽内电镀形成；

所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道分别包括多条第一水平沟槽、多条第二水平沟槽以及多个竖直通孔；

所述第一水平沟槽设置在所述硅衬底的上表面，所述第二水平沟槽设置在所述硅衬底的下表面，所述竖直通孔贯通所述硅衬底的上表面和下表面；

所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道中的任一所述第一水平沟槽的首尾分别与两个竖直通孔连通，且所述两个竖直通孔分别与两个相邻的第二水平沟槽连通；

在所述下硅衬底的下表面磁控溅射第四预设厚度的金属钛作为中间层，并在所述中间层上磁控溅射第五预设厚度的金属铜作为种子层，再在所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道的第二沟槽和竖直通孔内电镀金属铜直至金属铜填充至第一沟槽的下平面的位置；

在所述上硅衬底的上表面磁控溅射金属铜作为种子层后，电镀金属铜直至所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道完全被金属铜填满，即得到所述第一螺线管和所述第二螺线管。

2.根据权利要求1所述的MEMS环形螺线管变压器，其特征在于，还包括四个引脚和四个引脚槽；

所述四个引脚槽设置在所述硅衬底的上表面，所述四个引脚槽中的两个引脚槽分别与所述第一螺旋孔道的首尾连通，所述四个引脚槽中的另外两个引脚槽分别与所述第二螺旋孔道的首尾连通，所述四个引脚分别设置在所述四个引脚槽中。

3.根据权利要求1所述的MEMS环形螺线管变压器，其特征在于，所述环形软磁铁芯由铁镍合金材料或铁钴合金材料制作而成。

4.根据权利要求1所述的MEMS环形螺线管变压器，其特征在于，所述第一螺线管和所述第二螺线管由金属铜制作而成。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的MEMS环形螺线管变压器的制造方法，其特征在于，包括：

步骤1，分别制作上硅衬底和下硅衬底；其中，

制作所述上硅衬底包括：

对第一预设厚度的第一硅片进行第一次热氧化；

根据第一螺旋孔道及第二螺旋孔道的结构和相对位置，分别在经第一次氧化后的所述第一硅片的上表面、内部和下表面硅深刻蚀出多条的第一水平沟槽、多个竖直通孔的上半部分以及铁芯槽；

对经硅深刻蚀得到的所述第一硅片进行第二次热氧化，得到所述上硅衬底；

制作所述下硅衬底包括：

对第一预设厚度的第二硅片进行第一次热氧化；

根据第一螺旋孔道及第二螺旋孔道的结构和相对位置，分别在经第一次氧化后的所述第二硅片的上表面、内部和下表面硅深刻蚀出铁芯槽、多个竖直通孔的下半部分及多条的第二水平沟槽；

对所述第二硅片进行第二次热氧化，得到所述下硅衬底；

步骤2，分别在所述上硅衬底和所述下硅衬底的铁芯槽内电镀形成上铁芯和下铁芯；

步骤3，将所述上硅衬底的上表面和所述下硅衬底的下表面相对设置，且使所述上铁芯的下表面和所述下铁芯的上表面相互对准后，将所述上硅衬底和所述下硅衬底低温键合，键合后的所述上硅衬底和所述下硅衬底中形成所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道；

步骤4，在所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道中电镀形成第一螺线管和第二螺线管，即得到MEMS环形螺线管变压器；

所述在所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道中电镀形成第一螺线管和第二螺线管，具体包括：

在所述下硅衬底的下表面磁控溅射第四预设厚度的金属钛作为中间层，并在所述中间层上磁控溅射第五预设厚度的金属铜作为种子层，再在所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道的第二沟槽和竖直通孔内电镀金属铜直至金属铜填充至第一沟槽的下平面的位置；

在所述上硅衬底的上表面磁控溅射金属铜作为种子层后，电镀金属铜直至所述第一螺旋孔道和所述第二螺旋孔道完全被金属铜填满，即得到所述第一螺线管和所述第二螺线管。

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述在所述上硅衬底的铁芯槽内电镀形成上铁芯，具体包括：

将带有铁芯槽图案的金属掩膜版与所述上硅衬底的下表面上的铁芯槽配准后，将所述金属掩膜版紧贴在所述上硅衬底的下表面；

在所述上硅衬底的下表面磁控溅射第二预设厚度金属镍或金属钴作为种子层后，在所述上硅衬底的铁芯槽内电镀第三预设厚度的铁镍合金或铁钴合金即得到上铁芯；相应地，

所述在所述下硅衬底的铁芯槽内电镀形成下铁芯，具体包括：

将带有铁芯槽图案的金属掩膜版与所述下硅衬底的上表面上的铁芯槽配准后，将所述金属掩膜版紧贴在所述下硅衬底的上表面；

在所述下硅衬底的上表面磁控溅射第二预设厚度金属镍或金属钴作为种子层后，在所述下硅衬底的铁芯槽内电镀第三预设厚度的铁镍合金或铁钴合金即得到下铁芯。

7.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述制作所述上硅衬底包括还包括：

根据四个引脚的结构和位置，在经第一次氧化后的所述第一硅片的上表面硅深刻蚀出四个引脚槽；相应地，

在步骤S4中还包括：

在所述四个引脚槽中电镀形成所述四个引脚。

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