本發(fā)明涉及微電子與印制電路板領(lǐng)域，具體為一種基于化學(xué)沉積法制備具有雙相結(jié)構(gòu)的集成電感多元復(fù)合磁芯層的方法。

背景技術(shù)：

作為三大重要的無源器件之一，電感器在射頻、電源以及濾波等電路模塊中起著非常重要的作用，因而是電子產(chǎn)品中必不可缺的部件。但是，隨著電子產(chǎn)品，特別是便攜式產(chǎn)品向集成化和小型化方向發(fā)展，這就要求電感必須對(duì)自身性能不斷優(yōu)化，減小體積，降低成本，并且具有兼容性。

目前，電感器主要有兩種結(jié)構(gòu)：一種是螺旋型結(jié)構(gòu)，另外一種為平面繞線型結(jié)構(gòu)(可參考r.k.ulrich等人發(fā)表的文章《integratedpassivecomponenttechnology》(《集成無源元件技術(shù)》))。在磁芯電感出現(xiàn)之前，空心電感一直被眾多學(xué)者研究?？招碾姼泄に囅鄬?duì)簡(jiǎn)單很多，自諧振頻率比較高，品質(zhì)因數(shù)也相對(duì)理想，但由于單位面積的感值低，占用了寶貴的片上資源。而磁芯電感的出現(xiàn)解決了這個(gè)問題，磁芯層的增加能夠提高電感器的性能(包括感值和品質(zhì)因子)。根據(jù)物理電磁理論可知，螺旋型結(jié)構(gòu)磁芯電感的感值與磁芯材料的磁導(dǎo)率、磁芯尺寸等成正比。傳統(tǒng)磁芯層的制作方法是通過掩膜法在特定區(qū)域?yàn)R射磁芯材料。雖然通過濺射法得到的磁芯層的材料各向異性、磁導(dǎo)率等性能較為優(yōu)良，但是，當(dāng)濺射達(dá)到一定厚度后(通?！?μm后)，磁芯層的材料易產(chǎn)生應(yīng)力從而導(dǎo)致其相關(guān)性能開始惡化(可參考l.li等人發(fā)表的文章《high-frequencyresponsesofgranularcofehfoandamorphouscozrtamagneticmaterials》(《高頻響應(yīng)的cofehfo顆粒以及非晶質(zhì)cozrta磁性材料》))。而對(duì)于平面繞線型磁芯電感，通常是在電感線圈的上表面和下表面分別制作磁芯層形成“三明治”結(jié)構(gòu)，并在線圈與磁芯材料之間使用絕緣材料分離，以降低其渦流損耗。針對(duì)該結(jié)構(gòu)的磁芯層的制作方法，傳統(tǒng)的方法也是采用濺射法。故而，同螺旋型結(jié)構(gòu)磁芯電感，濺射法制作平面繞線型磁芯電感亦存在其缺陷。另外，由于平面繞線型磁芯電感的線圈與磁芯層之間存在絕緣層，從而構(gòu)建了一個(gè)微電容，使得該結(jié)構(gòu)電感在高頻下易產(chǎn)生寄生電容而影響器件的感性要求。為了克服濺射法制作電感的磁芯(包括螺旋型和平面繞線型)所存在的不足，基于化學(xué)沉積方法制作電感磁芯成為了重要的方法。尤其對(duì)于螺旋型結(jié)構(gòu)磁芯電感，由于化學(xué)沉積方法屬于自催化過程，使得化學(xué)沉積制備的磁芯合金材料性能穩(wěn)定，因而能有效地解決螺旋型電感磁芯制作存在加厚磁芯層困難的問題。現(xiàn)有技術(shù)中，申請(qǐng)?zhí)枮?01510375350.0的中國(guó)專利《一種印制電路板埋嵌磁芯電感的制備方法》公開一種通過化學(xué)沉積法制備磁芯電感的方法，有效地解決了平面繞線型磁芯電感存在的寄生電容問題。然而，要實(shí)現(xiàn)ni或co與其他金屬之間的共沉積，必須將所有金屬離子的析出電位調(diào)整至相近水平，實(shí)際實(shí)施十分困難，因此導(dǎo)致部分多元合金磁芯材料是很難通過化學(xué)共沉積實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種制備集成電感多元復(fù)合磁芯層的方法，本方法能夠克服現(xiàn)有技術(shù)化學(xué)共沉積法難以獲得的多元合金磁芯材料，利用ni或co的自催化性能，將ni或co與磁芯顆粒共沉積到電感的目標(biāo)沉積區(qū)域。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種制備集成電感多元復(fù)合磁芯層的方法：將預(yù)設(shè)目標(biāo)沉積區(qū)域的集成電感浸泡于化學(xué)復(fù)合沉積液中，所述化學(xué)復(fù)合沉積液為包含有第一相材料的可溶性鹽、第二相材料、還原劑、絡(luò)合劑和緩沖劑的堿性溶液，其中：所述第一相材料為鎳和鈷中任一種或者兩種，所述第二相材料為磁芯顆粒，化學(xué)復(fù)合沉積液中的第一相材料在還原劑作用下同磁芯顆粒復(fù)合沉積于集成電感表面，從而制得具有雙相結(jié)構(gòu)的集成電感多元復(fù)合磁芯層。

根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)，若集成電感的目標(biāo)沉積區(qū)域如果不具備催化活化性能，本發(fā)明還包括活化處理步驟，具體操作為：將集成電感浸泡于活化水溶液中，使得活化液中的活性離子被還原成活性原子，并在集成電感的目標(biāo)沉積區(qū)域形成化學(xué)沉積的聚集中心。

本發(fā)明中雙相結(jié)構(gòu)的集成電感多元復(fù)合磁芯層材料的化學(xué)組成為鎳與磁芯顆粒、鎳鈷合金與磁芯顆?；蛘哜捙c磁芯顆粒。

進(jìn)一步地，本發(fā)明中的第二相材料(即磁芯顆粒)的種類為一種或者一種以上。

磁芯層的形成過程是晶核形成然后成長(zhǎng)的過程，目標(biāo)沉積區(qū)域由于具有催化活化性能，故而成為了化學(xué)沉積的聚集中心(即為反應(yīng)中心)，本發(fā)明通過在溶液中添加合適的還原劑，使得第一相材料的離子在目標(biāo)沉積區(qū)域的自催化作用下進(jìn)行還原，被還原劑還原的第一相材料首先是在聚集中心處成核，并復(fù)合第二相(即至少一種磁芯顆粒)，然后不斷向各個(gè)方向生長(zhǎng)，形成連續(xù)的具有雙相結(jié)構(gòu)的多元復(fù)合磁芯層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明利用ni或co的自催化性能，將ni或co與磁芯顆粒共沉積到電感的目標(biāo)沉積區(qū)域形成具有雙相結(jié)構(gòu)的多元復(fù)合磁芯層，制得的多元復(fù)合磁芯層能夠使得電感器的電感增值大，并且本方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，能夠避免化學(xué)共沉積法將所有金屬離子的析出電位調(diào)整至相近水平實(shí)施困難的缺陷；同時(shí)本發(fā)明的制備方法相比濺射法具有工藝簡(jiǎn)單、成膜速度快，耗能少的優(yōu)勢(shì)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明螺旋型磁芯電感的典型結(jié)構(gòu)示意圖，其中：101為磁芯層；102為螺旋線圈；

圖2為本發(fā)明平面繞線型磁芯電感的典型結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖(a)為外觀圖，圖(b)為剖面圖，圖中：201為繞線線圈；202為電路基板；203為磁芯層；

圖3為本發(fā)明所提供磁芯材料的結(jié)構(gòu)示意圖，其中：1為鎳、鈷或者鎳鈷合金；2為磁芯顆粒。

圖4為本發(fā)明所提供磁芯材料的sem結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

以下通過具體實(shí)施例結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：

磁芯電感器的兩種主要結(jié)構(gòu)，如圖1所示為螺旋型磁芯電感的典型結(jié)構(gòu)，螺線管型磁芯電感器件由上、下兩層導(dǎo)體繞著中間磁芯材料，導(dǎo)體(即螺旋線圈102)與磁芯層101之間通過絕緣材料絕緣隔開；如圖2所示為平面繞線型磁芯電感的典型結(jié)構(gòu)，平面繞線型磁芯電感器件是金屬導(dǎo)體在電路基板202上以螺旋方式形成回路，形成繞線線圈201，并在繞線線圈201上表面和下表面分別制作磁芯層203形成“三明治”結(jié)構(gòu)，其中電感繞線線圈201與磁芯層203之間使用絕緣材料分離。螺旋繞線型線圈可實(shí)現(xiàn)平面結(jié)構(gòu)，有效地降低電感的維數(shù)，由于線圈繞制緊密，電感除來自自身線圈產(chǎn)生的自感外，更大一部分來自各匝線圈之間的互感，因此，具有大電感量，高能量密度的優(yōu)勢(shì)。

圖3為本發(fā)明具有雙相結(jié)構(gòu)的多元復(fù)合磁芯層材料的結(jié)構(gòu)示意圖，其中：第一相材料為鎳、鈷或者鎳鈷合金，第二相材料為至少一種磁芯顆粒。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例使用生益含0.4mm厚銅箔的單面覆銅板制作印制電路板集成電感銅線圈，通過自動(dòng)元件分析儀(automaticcomponentanalyzer)測(cè)試印制電路板集成電感銅線圈的電感值，測(cè)得電感值為0.79μh@1khz。

一種多元合金磁芯層的制備方法，包括以下步驟：

步驟a：集成電感線圈預(yù)處理；

本實(shí)施例在化學(xué)沉積磁芯層之前還包括對(duì)集成電感線圈進(jìn)行預(yù)處理，具體操作如下：將集成電感線圈浸泡于除油液中，升溫至50℃，在此溫度下除油10分鐘，以去除集成電感銅線圈上的雜質(zhì)和氧化物，除油處理結(jié)束后，采用去離子水清洗線圈，以去除殘留的除油液。

本實(shí)施采用化學(xué)組分為25g/lnaoh、30g/lna2co3、50g/lna3po4的除油液。

步驟b：配制化學(xué)復(fù)合沉積液；

本實(shí)施例采用的化學(xué)復(fù)合沉積液的化學(xué)組分如下：

本實(shí)施例制得的化學(xué)復(fù)合沉積液采用氨水調(diào)節(jié)ph為9；

步驟c：制備磁芯層；

將清洗干凈的集成電感線圈首選經(jīng)過活化處理形成化學(xué)沉積的聚集中心，然后置于步驟b制得的化學(xué)復(fù)合沉積液中進(jìn)行化學(xué)沉積，沉積溫度為70℃，使得電感線圈上復(fù)合沉積得到化學(xué)組成為ni、b和fe3o4的磁芯層，然后將沉積有磁芯層的集成電感線圈進(jìn)行清洗，并采用惰性氣體吹干。

采用自動(dòng)元件分析儀(automaticcomponentanalyzer)測(cè)試沉積有磁芯層的印制電路板集成電感銅線圈的電感值，測(cè)得電感值為1.02μh@1khz。

如圖3為本發(fā)明實(shí)施例制得磁芯層的sem結(jié)果圖，從圖中可以看出：fe3o4磁芯顆粒與金屬ni發(fā)生了復(fù)合沉積，采用能譜儀(energydispersivespectrometer，eds)分析磁芯層的化學(xué)組成，得到結(jié)果為b的含量：7.61wt％，ni的含量：91.18wt％以及fe的含量：1.22wt％。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例使用生益含0.4mm厚銅箔的單面覆銅板制作印制電路板集成電感銅線圈，通過自動(dòng)元件分析儀(automaticcomponentanalyzer)測(cè)試印制電路板集成電感銅線圈的電感值，測(cè)得電感值為0.79μh@1khz。

一種多元合金磁芯層的制備方法，包括以下步驟：

步驟a：集成電感線圈預(yù)處理；

本實(shí)施例在化學(xué)沉積磁芯層之前還包括對(duì)集成電感線圈進(jìn)行預(yù)處理，具體操作如下：將集成電感線圈浸泡于除油液中，升溫至50℃，在此溫度下除油10分鐘，以去除集成電感銅線圈上的雜質(zhì)和氧化物，除油處理結(jié)束后，采用去離子水清洗線圈，以去除殘留的除油液。

本實(shí)施采用化學(xué)組分為25g/lnaoh、30g/lna2co3、50g/lna3po4的除油液。

步驟b：配制化學(xué)復(fù)合沉積液；

本實(shí)施例采用的化學(xué)復(fù)合沉積液的化學(xué)組分如下：

本實(shí)施例制得的化學(xué)復(fù)合沉積液采用氨水調(diào)節(jié)ph為9；

步驟c：制備磁芯層；

將清洗干凈的集成電感線圈首選經(jīng)過活化處理形成化學(xué)沉積的聚集中心，然后置于步驟b制得的化學(xué)復(fù)合沉積液中進(jìn)行化學(xué)沉積，沉積溫度為70℃，使得集成電感線圈上復(fù)合沉積得到化學(xué)組成為ni、co、b和fe3o4的磁芯層，然后將沉積有磁芯層的集成電感線圈進(jìn)行清洗，并采用惰性氣體吹干。

采用自動(dòng)元件分析儀(automaticcomponentanalyzer)測(cè)試沉積有磁芯層的印制電路板集成電感銅線圈的電感值，測(cè)得電感值為1.15μh@1khz。

采用能譜儀(energydispersivespectrometer，eds)分析磁芯層的化學(xué)組成，得到結(jié)果為b的含量：7.98wt％，ni的含量：27.85wt％、co的含量：55.98wt％以及fe的含量：8.19wt％。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例使用生益含0.4mm厚銅箔的單面覆銅板制作印制電路板集成電感銅線圈，通過自動(dòng)元件分析儀(automaticcomponentanalyzer)測(cè)試印制電路板集成電感銅線圈的電感值，測(cè)得電感值為0.79μh@1khz。

一種多元合金磁芯層的制備方法，包括以下步驟：

步驟a：集成電感線圈預(yù)處理；

本實(shí)施例在化學(xué)沉積磁芯層之前還包括對(duì)集成電感線圈進(jìn)行預(yù)處理，具體操作如下：將集成電感線圈浸泡于除油液中，升溫至50℃，在此溫度下除油10分鐘，以去除集成電感銅線圈上的雜質(zhì)和氧化物，除油處理結(jié)束后，采用去離子水清洗線圈，以去除殘留的除油液。

本實(shí)施采用化學(xué)組分為25g/lnaoh、30g/lna2co3、50g/lna3po4的除油液。

步驟b：配制化學(xué)復(fù)合沉積液；

本實(shí)施例采用的化學(xué)復(fù)合沉積液的化學(xué)組分如下：

本實(shí)施例制得的化學(xué)復(fù)合沉積液采用氨水調(diào)節(jié)ph為9；

步驟c：制備磁芯層；

將清洗干凈的集成電感線圈首選經(jīng)過活化處理形成化學(xué)沉積的聚集中心，然后置于步驟b制得的化學(xué)復(fù)合沉積液中進(jìn)行化學(xué)沉積，沉積溫度為70℃，使得集成電感線圈上復(fù)合沉積得到化學(xué)組成為ni、co、b和fe3o4的磁芯層，然后將沉積有磁芯層的集成電感線圈進(jìn)行清洗，并采用惰性氣體吹干。

采用自動(dòng)元件分析儀(automaticcomponentanalyzer)測(cè)試沉積有磁芯層的印制電路板集成電感銅線圈的電感值，測(cè)得電感值為1.13μh@1khz。

采用能譜儀(energydispersivespectrometer，eds)分析磁芯層的化學(xué)組成，得到結(jié)果為b的含量：5.93wt％，ni的含量：42.04wt％、co的含量：41.25wt％以及fe的含量：10.78wt％。

以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了闡述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。