CN1547226A - 深刻蚀平面电磁线圈及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于微电机、微电磁传感器、执行器中平面电磁线圈的制作方法。利用光刻在Si片表面定义出线圈图形，再利用Si深刻蚀，按已定义出的线圈图形，在Si片表面刻蚀线圈槽和线圈引线通孔，在线圈槽内金属电铸得到金属结构，线圈槽内表面刻蚀的表面粗糙度将线圈镶嵌于线圈槽内。线圈包括：基底1、线圈槽2、线圈引线通孔3、绝缘层4、种子层5、金属线6、引线金属层7。在Si片表面刻蚀线圈形状深槽，线圈镶嵌深槽内，不易从槽内脱落，解决了线圈与基底粘附不牢问题。解决光刻胶与基板的粘结和负胶去胶难的问题。采用薄胶光刻工艺条件要求的宽容度大，易于实现和重复，有利于提高成品率。
Description
技术领域：本发明属于微电子机械系统技术领域，涉及用于微电机、微电磁传感器、执行器中平面电磁线圈的制作方法。
背景技术：平面电磁线圈是微电子机械系统中各种微电机、微电磁传感器、执行器中的重要组成部分。以往平面电磁线圈的制作工艺大多采用LIGA和UV-LIGA工艺，LIGA工艺需使用同步辐射光源和X光掩模板，UV-LIGA工艺是一种采用紫外厚胶光刻取代同步辐射光刻工艺的准LIGA技术，所使用的光刻胶是SU-8负性胶或其它正性厚胶。由于Si或SiO2基底的表面非常光滑，线圈与基底的接触面积很小，因此采用上述方法制作的线圈存在着与基底粘附不牢的问题，线圈在电磁力的作用下很容易从基底的表面脱落，影响其使用寿命。在电铸之后，还存在光刻胶难以去除的问题。特别是上述方法在制作双平面电磁线圈时，工艺难度较大，重复性很差，成品率很低。
发明创造的内容：为了解决背景技术中线圈与基底粘附不牢，电铸后难以去胶，工艺难度大，重复性差和成品率低的问题，本发明提出一种可用于制作平面电磁线圈的新工艺方法。
本发明提出首先利用普通光刻技术在Si片表面定义出线圈图形，再利用Si深刻蚀技术，按已定义出的线圈图形，在Si片表面刻蚀得到用于镶嵌线圈金属导线的线圈槽和线圈引线通孔，在线圈槽内进行金属电铸，得到线圈的金属结构，利用线圈槽内表面在刻蚀过程中所产生的表面粗糙度，将线圈牢固地镶嵌于线圈槽内。
本发明的平面电磁线圈结构包括：基底1、线圈槽2、线圈引线通孔3、绝缘层4、种子层5、金属线6、引线金属层7，基底1表面刻蚀有线圈槽2和线圈引线通孔3，在基底1的本体上制备有通孔为线圈引线通孔3；在基底1、线圈槽2和线圈引线通孔3的外表面生长有绝缘层4；在带有绝缘层4的线圈槽2的底部有种子层5和金属线6；在带有绝缘层4的线圈引线通孔3的侧壁有种子层5和引线金属层7，金属线6在同一平面上等间距多次绕制并镶嵌于线圈槽2内构成，金属线6的两端分别制备有线圈引线通孔3。
本发明制作的平面电磁线圈工作时，可在金属线两端的线圈引线孔处接通电源，当有电流通过金属线时，在与线圈所在平面垂直的方向会产生一电磁场。
本发明的积极效果：为了解决背景技术中线圈与基底粘附不牢，电铸后难以去胶，工艺难度大，重复性差和成品率低的问题，本发明提出：
(1)利用Si的深刻蚀技术，按线圈形状在Si片表面刻蚀出深槽，解决了线圈与基底粘附不牢的问题，利用深槽内表面在刻蚀过程中所产生的表面粗糙度，在于深槽内电铸形成线圈即金属线时，可使其牢固地镶嵌粘附于该深槽内，而不易从槽内脱落。
(2)制作工艺采用普通紫外光刻技术和Si的深刻蚀技术，光刻胶采用正性薄胶，不需要LIGA和UV-LIGA技术所用的PMMA、SU-8负性胶和正性厚胶，因此可以解决光刻胶与基板的粘结和负胶难以去胶的问题。
(3)采用普通薄胶光刻工艺，工艺条件要求的宽容度大，易于实现和重复，有利于提高成品率，因此克服了LIGA和UV-LIGA技术工艺难度大，重复性差和成品率低的问题。
附图说明：
图1是本发明结构的立体示意图
图2是本发明基底的深刻蚀后的结构的剖面示意图，
图3是本发明的结构的剖面示意图
图4是本发明的双平面线圈的具体工艺过程图。
图5是本发明的单平面线圈的具体工艺过程图。
具体实施方式：
实施例1：双平面电磁线圈包括在基底1上有A面和B面两部分，基底1的A面和B面均由线圈槽2、线圈引线通孔3、绝缘层4、种子层5、金属线6和引线金属层7组成。先采用普通紫外光刻技术在基底1的A面和B面分别定义线圈的图形可以选择为矩形或三角形或圆形或多边形；采用Si深刻蚀技术，分别刻蚀得到A面和B面的线圈槽2和线圈引线通孔3；对深刻蚀后的基底1进行热氧化，在基底1的外表面，线圈槽2和线圈引线孔3的内表面热氧化生长有绝缘层4；利用溅射在热氧化后的线圈槽2和线圈引线通孔3内沉积金属种子层5；采用微电铸技术将基底1进行双面电铸，最终得到构成线圈的金属线6和引线金属层7。利用线圈槽2和线圈引线通孔3内表面在刻蚀过程中所产生的表面粗糙度，可使线圈金属线牢固地镶嵌粘附于线圈槽2和线圈引线通孔3内。
结构材料选择：
基底1采用高阻Si单晶材料，绝缘层4为热氧化形成的SiO2材料，种子层5为金属铜，金属线6和引线金属层7均为金属铜。
具体工艺过程：
本发明提出的双平面电磁线圈工艺过程如图4所示。
(1)在基底1的A面、B面两面，分别光刻出平面线圈和线圈引线孔图形；用Si深刻蚀技术，刻蚀出线圈槽2和线圈引线通孔3，其中线圈槽2的深度为20μm～60μm，线圈引线通孔3为通孔，如图4中(a)所示；
(2)将上述刻蚀后的基底1结构进行热氧化，使其表面形成绝缘层4，得到如图4中(b)所示的结构；
(3)在已形成绝缘层4的线圈槽2和线圈引线通孔3内溅射沉积种子层5，得到如图4中(c)所示的结构；
(4)在溅射有种子层5的线圈槽2和线圈引线通孔3内电铸形成金属线6和引线金属层7，得到如图4中(d)所示的结构。
实施例2：单平面电磁线圈包括在基底1的A面部分，基底1的A面由线圈槽2、线圈引线通孔3、绝缘层4、种子层5、金属线6和引线金属层7组成。先采用普通紫外光刻技术在基底1的A面定义出线圈的图形，线圈的图形可以选择为矩形或三角形或圆形或多边形；采用Si深刻蚀技术，刻蚀得到A面的线圈槽2和线圈引线通孔3；对深刻蚀后的基底1进行热氧化，在基底1的外表面，线圈槽2和线圈引线孔3的内表面热氧化生长有绝缘层4；利用溅射在热氧化后的线圈槽2和线圈引线通孔3内沉积金属种子层5；采用微电铸技术将基底1进行单面电铸，最终得到构成线圈的金属线6和引线金属层7。利用线圈槽2和线圈引线通孔3内表面在刻蚀过程中所产生的表面粗糙度，可使线圈金属线牢固地镶嵌粘附于线圈槽2和线圈引线通孔3内。
结构材料选择：
实施例2的结构材料与实施例相同。
具体工艺过程：
本发明提出的工艺过程如图5所示。
(1)在基底1的A面光刻出平面线圈和线圈引线孔图形；用Si深刻蚀技术，刻蚀出线圈槽2和线圈引线通孔3，其中线圈槽2的深度为20μm～60μm，线圈引线通孔3为通孔，如图5中(a)所示；
(2)将上述刻蚀后的基底1结构进行热氧化，使其表面形成绝缘层4，得到如图5中(b)所示的结构；
(3)在已形成绝缘层4的线圈槽2和线圈引线通孔3内溅射沉积种子层5，得到如图5中(c)所示的结构；
(4)在溅射有种子层5的线圈槽2和线圈引线通孔3内电铸形成金属线6和引线金属层7，得到如图5中(d)所示的结构。
Claims (2)
1、深刻蚀平面电磁线圈的作方法，其特征在于：利用普通光刻技术在Si片表面定义出线圈图形，再利用Si深刻蚀技术，按已定义出的线圈图形，在Si片表面刻蚀得到用于镶嵌线圈金属导线的线圈槽和线圈引线通孔，在线圈槽内进行金属电铸，得到线圈的金属结构，利用线圈槽内表面在刻蚀过程中所产生的表面粗糙度，将线圈牢固地镶嵌于线圈槽内。
2、深刻蚀平面电磁线圈，包括：基底1、线圈引线通孔3、绝缘层4、种子层5、引线金属层7，其特征在于还包括：圈槽2、金属线6，基底1表面刻蚀有线圈槽2和线圈引线通孔3，在基底1、线圈槽2和线圈引线通孔3的外表面生长有绝缘层4；在带有绝缘层4的线圈槽2的底部有种子层5和金属线6；在带有绝缘层4的线圈引线通孔3的侧壁有种子层5和引线金属层7，金属线6在同一平面上等间距多次绕制并镶嵌于线圈槽2内构成。
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