Способ создания обмотки высокочастотного микроиндуктора на основе полиимидной пленки

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ СОЗДАНИЯ ОБМОТКИ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО МИКРОИНДУКТОРА НА ОСНОВЕ ПОЛИИМИДНОЙ ПЛЕНКИ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Петров Александр Владимирович Демьянов Сергей Евгеньевич Канюков Егор Юрьевич(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ создания обмотки высокочастотного микроиндуктора на основе полиимидной пленки, заключающийся в том, что на обе стороны гибкой пленки полиимида со сквозными цилиндрическими порами термическим напылением через идентичные маски осаждают медь в поры для формирования переходных проводников, выполненных в виде столбиков меди в порах затем поочередно на обе стороны пленки полиимида через трафаретные маски напыляют медные проводники в виде элементов обмотки, контактирующие между собой через сформированные переходные проводники, формируя замкнутую обмотку микроиндуктора. 16776 1 2013.02.28 Изобретение относится к электротехнике, микроэлектронике и может быть использовано в высокочастотных электротехнических системах аэрокосмического назначения, в компьютерных технологиях и медицине. Известен способ создания обмотки микроиндуктора планарного типа в виде однослойной спирали из медного проводника, сформированной на подложке кремния 1. Данный способ заключается в том, что обмотка индуктора, представляющая собой многослойную структуру, изготавливалась с использованием методов химического и электрохимического осаждения. На первом этапе на окисленную поверхность кремния центрифугированием наносилась полиимидная пленка толщиной 35 мкм. Далее на полиимиде методом электрохимического осаждения меди с использованием специальной маски формировалась обмотка индуктора в виде спирали из 5 витков с шириной и толщиной проводника 30 мкм и таким же межвитковым зазором 30 мкм. Для защиты от коррозии обмотка покрывалась гальваническим золотом толщиной 200 нм, после чего наносился слой полиимида толщиной 20 мкм, в котором плазменным травлением над центром спиральной обмотки создавалось отверстие для электрохимического нанесения внутреннего медного электрода. Созданный таким образом планарный микроиндуктор обладает индуктивностью 410-9 Гн и добротностью 40 на частоте 1,8 ГГц. Недостаток указанного способа обусловлен тем, что при его реализации используется многостадийная технология изготовления с применением различных методик. При этом микроиндуктор, сформированный на кремнии, является жесткой системой, не обладающей гибкостью, что существенно ограничивает возможность его крепления на сложнопрофильных поверхностях. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения высокочастотного микроиндуктора, заключающийся в создании его структуры на гибкой полимерной основе 2. Микроиндуктор выполнен в виде двухслойной обмотки, которая изначально формировалась на жесткой подложке кремния. На первом этапе на кремнии методом центрифугирования создавался слой полиимидной пленки толщиной 12,5 мкм. На нем с помощью электрохимического осаждения через специальную маску формировался первый слой обмотки из медных проводников с последующей их изоляцией полиимидной пленкой толщиной 1 мкм, в которой плазменным травлением создавались отверстия для обеспечения контакта со вторым слоем обмотки. После этого проводилось гальваническое нанесение второго слоя медной обмотки, контактирующего с первым через отверстия в диэлектрическом слое полиимида. Далее поверх полностью сформированной обмотки наносился еще один диэлектрический слой полиимида, в котором плазменным травлением создавались отверстия для открытия доступа к контактным площадкам, обеспечивающим связь индуктора с внешней электрической схемой. В результате было сформировано 12-витковая обмотка с шириной проводящего витка 20 мкм и межвитковым зазором 50 мкм. На финишном этапе изготовления подложка кремния, на которой изначально формировалась многослойная структура индуктора, стравливалась,что в конечном итоге обеспечивало гибкость изделия. Величина индуктивности такого индуктора составила 10-7 Гн, а его добротность - 10 при частоте 0,1 ГГц. Недостаток данного способа заключается в многостадийности технологии изготовления, связанной с применением нескольких физико-химических методик, а главное, с необходимостью использования жесткой кремниевой подложки на всех стадиях изготовления микроиндуктора. Задачей заявляемого решения является разработка более технологичного способа создания обмотки высокочастотного микроиндуктора на основе гибкой полиимидной пленки. При таком способе получения должна быть исключена необходимость использования кремния для формирования структуры микроиндуктора, а также упрощены методы и уменьшено число технологических операций при его создании. 16776 1 2013.02.28 Поставленная задача решается за счет того, что согласно способу получения микроиндуктора структуру его обмотки формируют напылением на пленку полиимида медных проводников через трафаретные маски. Новым, по мнению авторов, является то, что для изготовления обмотки индуктора на обе стороны полиимидной пленки со сквозными цилиндрическими порами термическим напылением через идентичные маски осаждают медь в поры для формирования переходных проводников, выполненных в виде столбиков меди в порах затем поочередно на обе стороны пленки полиимида через трафаретные маски напыляют медные проводники в виде элементов обмотки, контактирующие между собой через сформированные переходные проводники, формируя замкнутую обмотку микроиндуктора. Сущность изобретения заключается в использовании в качестве диэлектрической основы пленки полиимида, содержащей сквозные поры диаметром 0,2 мкм и плотностью 106/см 2, а также в исключении применения подложки кремния и процесса плазменного травления для формирования обмотки индуктора. На фиг. 1 приведено схематическое изображение обмотки микроиндуктора. На фиг. 2 приведены схематические изображения масок, используемых для формирования обмотки микроиндуктора. На фиг. 3 приведена микрофотография фрагмента обмотки индуктора на пористой пленке полиимида. На фиг. 4 приведена частотная зависимость добротности 7-виткового микроиндуктора. Данное изобретение, а именно способ создания обмотки высокочастотного микроиндуктора, реализуется следующим образом. В качестве основы формирования микроиндуктора применена гибкая диэлектрическая пленка полиимида толщиной 20 мкм со сквозными цилиндрическими порами средним диаметром 0,2 мкм и плотностью 106/см 2. На ее основе методом термического напыления меди через маски создавалась структура обмотки микроиндуктора (фиг. 1). На первом этапе с обеих сторон полиимидной пленки накладывались 2 идентичные маски (фиг. 2 а) с заданным количеством и расположением отверстий, которые при напылении меди формировали столбики металла в порах, выполняющих роль переходных проводников между слоями обмотки. Далее на одной из сторон полиимидной пленки с помощью маски (фиг. 2 б) напылялись медные проводники, горизонтально соединяющие столбики металла в порах. Таким способом была создана одна часть обмотки индуктора. Напыление меди для образования второй части обмотки производилось на обратной стороне полиимидной пленки с помощью маски (фиг. 2 в), форма которой позволяла диагонально соединить межслойные металлические перемычки и сформировать структуру обмотки индуктора в целом, схема конструкции которой приведена на фиг. 1. На фиг. 3 представлена микрофотография фрагмента микроиндуктора,сформированного на пористой пленке полиимида. Преимуществами заявляемого изобретения по сравнению с известным является использование в качестве диэлектрической основы пленки полиимида, содержащей сквозные поры, исключение применения подложки кремния и процесса плазменного травления для формирования обмотки индуктора. Сконструированная таким образом обмотка микроиндуктора имеет трехмерную конфигурацию и состоит из 7 витков толщиной 100 мкм при ширине витка 100 мкм и межвитковом зазоре 30 мкм. Данные измерений характеристик микроиндуктора свидетельствуют о том, что его индуктивность составляет 310-4 Гн,а добротность достигает максимального значения 8 при частоте 0,2 ГГц (фиг. 4). Источники информации 1. Патент 6,456,183 1, 2002. 3 Фиг. 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4