CN114141470A - 一种基于mems微细线圈的微区域磁化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于MEMS微细线圈的微区域磁化装置及方法,所述装置包括包括:脉冲电源、细微线圈、基体和永磁薄膜;所述方法包括:首先利用微纳加工工艺制备微细线圈,接着制备永磁薄膜,将永磁薄膜贴合在微细线圈的基体上,在微细线圈上接通脉冲电源后,即可实现永磁体的磁化。本发明基于MEMS工艺制备了磁体磁化用的微细线圈,这种微细线圈制作工艺可减小磁化区域特征尺寸和复杂线圈图形制作的难度,本发明利用尺寸较小、形状可任意调整的MEMS微细线圈实现永磁体的微区域磁化,解决了现有技术中无法制备尺寸较小、形状复杂的微细线圈的问题,为电磁传感器、执行器等电子器件微型化提供了可能。
Description
技术领域
本发明属于磁化技术领域,尤其涉及一种基于MEMS微细线圈的微区域磁化装置及方法。
背景技术
近年来,随着新技术的兴起,电磁传感器、执行器等电子器件的微型化是技术和产业发展的必然趋势,制作微型化的永磁铁是实现电磁器件微型化的前提,制备尺寸更小、形状更复杂的磁铁磁化所需微细线圈是制作微型化永磁铁的关键,因此微细线圈的制备是实现永磁材料微区域磁化的第一步。然而受限于现有的工艺条件,目前只能制作尺寸在500μm以上,图形单一的的微型线圈,基本无法实现尺寸在500μm以下,图形复杂的的微型线圈的制备,这成为电磁传感器、执行器等电子器件微型化的技术瓶颈。
2016年Fujiwara提出了一种利用激光热辅助实现微型磁铁多极磁化的方法,这种方法虽然能够对500μm厚的Nd-Fe-B磁铁进行磁化,磁极距为650μm,但该方法为了保证合适的磁化温度需要对激光光源进行精确计算,在加热过程由于热传导的存在,必须选择热绝缘性好的玻璃作为磁铁磁化的基板,除此之外激光加工时对磁铁的表面也会造成损伤,因此该方法的操作复杂、实现磁铁磁化的要求高,成本大等特点严重限制了该技术在微型磁铁磁化中的应用。
因此,亟需一种新的磁化装置及磁化方法,该方法能够利用新工艺进行复杂图形的细微线圈的制备,进而实现微型磁铁的磁化。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种基于MEMS微细线圈的微区域磁化装置及方法,该磁化装置或磁化方法可以实现尺寸较小、形状复杂的微细线圈的制备,进而实现磁铁或者永磁薄膜的微区域磁化,解决了现有技术中无法制备尺寸较小、形状复杂的微细线圈的问题,为电磁传感器、执行器等电子器件微型化提供了可能。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:一种基于MEMS微细线圈的微区域磁化装置,所述装置包括:脉冲电源、细微线圈、基体和永磁薄膜;所述脉冲电源的电压与脉宽可调,脉冲电源的电极分别与细微线圈的两个电极相连;所述细微线圈位于基体上,细微线圈为单匝线圈或者多匝线圈,且线圈的首尾相连;所述永磁薄膜为NdFeB或SmCo永磁材料,所述永磁薄膜贴在基体表面。
优选的,所述基体为嵌有Cu金属的硅片。
优选的,所述微细线圈分布在基体的任意一个表面或者上下两个表面上。
优选的,所述所述微细线圈分布在基体的上下两个表面上时,所述基体上开有用于线圈连接和电极引出的通孔。
一种基于MEMS微细线圈的微区域磁化方法,所述方法包括:
S1:制备微细线圈;利用微纳加工工艺在基体材料上制备微细线圈;
S2:制备永磁薄膜;制备片状永磁材料,将片状永磁材料与普通硅片键合之后进行切割,并将切割为块状的永磁薄膜贴合在微细线圈基体上;
S3:进行磁化;将脉冲电源与步骤S1中制备的微细线圈连接,通电进行磁化。
根据权利要求5所述的基于MEMS微细线圈的微区域磁化方法,其特征在于,所述步骤S1包括:
S11:清洗基体材料,并在基体材料的表面涂覆光刻胶,进行光刻;
S12:在基体上进行深硅刻蚀,形成所需形状的线圈槽;
S13:溅射绝缘层和种子层,在基体表面和线圈槽内表面上均匀覆盖绝缘层和种子层;
S14:剥离基体表面的光刻胶及光刻胶上覆盖的种子层;
S15:进行电镀,在线圈槽内生长电镀材料,并对超出线圈槽口的电镀层进行磨抛,使得电镀层的上表面与基体上表面齐平;
S16:根据实际需要,切断得到需要形状的线圈部分,即完成微线圈制作。
优选的,所述基体材料为嵌有Cu金属的硅片。
优选的,所述步骤S13中采用磁控溅射的方法进行绝缘层和种子层的溅射。
优选的,所述线圈槽首尾相连,线圈槽位于基体的同一表面,或者分布于基体的上下表面,且两表面之间通过通过连通。
优选的,所述电镀材料电镀的材料为铜、镍、铁镍、锌和铁其中任意一种或多种。
本发明的有益效果是:本发明公开的基于MEMS微细线圈的微区域磁化装置及方法基于MEMS工艺制备了磁体磁化用的微细线圈,这种微细线圈制作工艺可提高微细线圈的制作效率,减小磁化区域特征尺寸和复杂线圈图形制作的难度。本发明公开的装置及方法利用尺寸较小、形状可任意调整的MEMS微细线圈实现永磁体的微区域磁化,解决了现有技术中无法制备尺寸较小、形状复杂的微细线圈的问题,为电磁传感器、执行器等电子器件微型化提供了可能,除此之外,本发明公开的磁化方法可通过调整微细线圈的分布方式改变电流方向,实现永磁体的多级磁化。
附图说明
图1为本发明的实施例1中的基于MEMS微细线圈的微区域磁化装置结构示意图;
图2为本发明的实施例1中的基于MEMS微细线圈的微区域磁化装置微细线圈结构示意图及其不同横截面的剖视图;
图3为本发明的实施例2中的基于MEMS微细线圈的微区域磁化装置结构示意图;
图4为本发明的实施例2中的基于MEMS微细线圈的微区域磁化装置微细线圈结构示意图及其横截面剖视图;
图中:1.脉冲电源 2.细微线圈 3.基体 4.永磁薄膜 5.通孔。
具体实施方式
本领域的普通技术人员将会意识到,这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理,应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合,这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种如图1所示的MEMS微细线圈的微区域磁化装置,该装置包括:脉冲电源1、细微线圈2、基体3和永磁薄膜4。其中脉冲电源1的电压与脉宽可调,该实施例中脉冲电源1电压的调节范围为0~6000V,脉宽为小于500ns,脉冲电源1的两个电极分别与细微线圈2的两个电极相连;细微线圈2为多匝线圈,其首尾相连,并且在首尾相连处设置有电极,如图2所示,该实施例中的细微线圈2分布在基体3的上下表面上,上下表面的细微线圈2通过在基体中心开设的通孔5进行连接,细微线圈2与其中一个电极也通过基体上下表面的通孔5进行连接;基体3为嵌有Cu金属的硅片;永磁薄膜4为NdFeB或SmCo永磁材料,且永磁薄膜4贴在基体3的表面。
本实施例中MEMS微细线圈的微区域磁化方法如下:首先分别制备微细线圈和待磁化的永磁薄膜,之后将永磁薄膜贴合在微细线圈表面,接着使脉冲电源输出端与微细线圈相连,打开脉冲电源开关对微细线圈放电即可在永磁薄膜上实现与微细线圈形状相同的磁化区域。
上述微细线圈的加工步骤如下:(1)清洗处理硅基体;(2)在硅基体上下表面涂正光刻胶,进行光刻;(3)根据光刻在硅基体上进行深硅刻蚀,形成线圈槽,并通过通孔使内部引出电极以及使电极在硅片的同一表面;(4)采用磁控溅射的方法溅射绝缘层和种子层,使得硅基体上下表面和线圈槽内表面均覆盖种子层;(5)涂光刻胶并进行光刻,遮蔽不需要电镀的表面;(6)对线圈槽内,通过电镀工艺进行生长;电镀的材料可以是铜、镍、铁镍、锌、铁等;本实施例中,选择铜作为电镀的原材料;(7)对超出线圈槽口的电镀层进行磨抛,使得电镀层的上表面与硅基底的上表面齐平;(8)划片使微细线圈形成单一个体。
本实施例中的微细线圈为多匝线圈,在磁化过程中可实现单极磁化,磁化区域为矩形,通过调整电源正负极可改变磁化方向。
实施例2
如图3所示,该实施例中的MEMS微细线圈的微区域磁化装置与实施例1中装置结构相同,均包括脉冲电源1、细微线圈2、基体3和永磁薄膜4,其不同在于如图4所示,该实施例中的细微线圈2为单匝线圈,其图形与实施例1中的图形并不相同,该微细线圈只分布在基体3的上表面,不需要在基体3上进行开孔引出线圈或电极。
该实施例中由于细微线圈2图形的特殊设计,根据线圈绕制方向,可实现磁化区域多极磁化,磁化微区域为矩形,也可以通过调整电源正负极可改变磁化方向。
Claims (10)
1.一种基于MEMS微细线圈的微区域磁化装置,其特征在于,所述装置包括:脉冲电源(1)、细微线圈(2)、基体(3)和永磁薄膜(4);
所述脉冲电源(1)的电压与脉宽可调,脉冲电源(1)的电极分别与细微线圈(2)的两个电极相连;
所述细微线圈(2)位于基体(3)上,细微线圈(2)为单匝线圈或者多匝线圈,且线圈的首尾相连;
所述永磁薄膜(4)为NdFeB或SmCo永磁材料,所述永磁薄膜(4)贴在基体(3)表面。
2.根据权利要求1所述基于MEMS微细线圈的微区域磁化装置,其特征在于,所述基体(3)为嵌有Cu金属的硅片。
3.根据权利要求1所述基于MEMS微细线圈的微区域磁化装置,其特征在于,所述微细线圈(2)分布在基体(3)的任意一个表面或者上下两个表面上。
4.根据权利要求3所述基于MEMS微细线圈的微区域磁化装置,其特征在于,所述所述微细线圈(2)分布在基体(3)的上下两个表面上时,所述基体(3)上开有用于线圈连接和电极引出的通孔(5)。
5.一种基于MEMS微细线圈的微区域磁化方法,其特征在于,所述方法包括:
S1:制备微细线圈;利用微纳加工工艺在基体材料上制备微细线圈;
S2:制备永磁薄膜;制备片状永磁材料,将片状永磁材料与普通硅片键合之后进行切割,并将切割为块状的永磁薄膜贴合在微细线圈基体上;
S3:进行磁化;将脉冲电源与步骤S1中制备的微细线圈连接,通电进行磁化。
6.根据权利要求5所述的基于MEMS微细线圈的微区域磁化方法,其特征在于,所述步骤S1包括:
S11:清洗基体材料,并在基体材料的表面涂覆光刻胶,进行光刻;
S12:在基体上进行深硅刻蚀,形成所需形状的线圈槽;
S13:溅射绝缘层和种子层,在基体表面和线圈槽内表面上均匀覆盖绝缘层和种子层;
S14:剥离基体表面的光刻胶及光刻胶上覆盖的种子层;
S15:进行电镀,在线圈槽内生长电镀材料,并对超出线圈槽口的电镀层进行磨抛,使得电镀层的上表面与基体上表面齐平;
S16:根据实际需要,切断得到需要形状的线圈部分,即完成微线圈制作。
7.根据权利要求6所述的基于MEMS微细线圈的微区域磁化方法,其特征在于,所述基体材料为嵌有Cu金属的硅片。
8.根据权利要求6所述的基于MEMS微细线圈的微区域磁化方法,其特征在于,所述步骤S13中采用磁控溅射的方法进行绝缘层和种子层的溅射。
9.根据权利要求6所述的基于MEMS微细线圈的微区域磁化方法,其特征在于,所述线圈槽首尾相连,线圈槽位于基体的同一表面,或者分布于基体的上下表面,且两表面之间通过通过连通。
10.根据权利要求6所述的基于MEMS微细线圈的微区域磁化方法,其特征在于,所述电镀材料电镀的材料为铜、镍、铁镍、锌和铁其中任意一种或多种。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220304 |
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