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近年来便携式电子产品向小型化、微型化发展，并以大爆炸的形式进入我们的生活。磁性器件如电感器件及由它构成的电源变压器、DC-DC变换器、振荡器、滤波器、放大器和调谐器等是电子线路中必不可缺的重要元器件，电感器件的微型化、集成化是实现电子设备、电子产品小尺寸、重量轻和高性能的关键之一，特别是由磁性薄膜微电感器件构成的微型化DC-DC变换器将广泛应用于各种便携式电子产品。随着超大规模集成电路和系统集成化以及元器件片式化、印刷电路板PCB表面器件安装高密度化的进展，市场对研制高功率微型化的电感器件提出了非常迫切的需求。因此，研制性能良好的无源微电感器件成为国内外学者的研究重点。
目前，应用于微型化DC-DC直流变换器的电感，需满足下列条件：1)足够大的电感值和高Q值来储存能量。在1-10MHz频率下，电感值大于1μH，Q值大于1；2)占用面积小，必须小于20mm2(高度低于1mm)；3)饱和电流大；4)低温制造工艺。近年来，MEMS技术的迅速发展，特别是以三维非硅材料为主的准LIGA加工技术成为当前国际上研制微型化多层结构微电感器件及RF MEMS器件的一种最先进的技术。将薄膜技术融入到MEMS技术研制微型化电感器件，将具有低的电阻、高的电感量、高品质因子、高效率、低损耗和低成本及批量化生产等优点，是实现微型化DC-DC变换器的关键元件，可广泛应用于无线通信、军事/航空航天仪器设备、计算机/外部设备及其它各种便携式电子产品的电源供电器。
针对市场对微电感的要求，结合目前国内外研制微电感的现状，本论文采用薄膜技术、MEMS技术，包括UV-LIGA，干法刻蚀，湿法刻蚀，抛光技术和电镀技术等，研制不同磁芯结构的微电感。同时对不同磁芯材料和厚度的微电感进行了制作和研究。本文主要完成的工作和结论如下所述：
(1)磁芯材料的制备和性能测试。
采用高磁导率、高饱和磁感应强度的磁芯材料是微电感获得大电感量和品质因子的必要条件之一。本论文采用NiFe薄膜和FeCuNbCrSiB薄膜作为微电感的磁芯材料。采用电镀的方法制备NiFe薄膜，为了形成材料的单轴磁各向异性，在电镀过程中施加一定强度的磁场。采用磁控溅射方法制备了FeCuNbCrSiB磁性薄膜，研究了溅射条件如Ar气流量、溅射功率、溅射气压等对材料磁性能的影响，获得了制备FeCuNbCrSiB薄膜的最佳工艺条件。利用多种材料测试分析手段，如X-射线、原子力显微镜(AFM)和差示扫描量热法(DSC)测试了FeCuNbCrSiB薄膜材料热处理前后的微结构和形貌。利用振动样品磁强计(VSM)对制备的NiFe薄膜和FeCuNbCrSiB薄膜进行软磁性能分析，测试结果表明，NiFe薄膜和FeCuNbCrSiB薄膜具有优异的软磁性能，为微电感的制作获得了高性能的磁芯材料。
(2)磁芯螺线管微电感的制造技术。
结合薄膜技术和MEMS工艺制作所设计的各种结构和磁芯材料的微电感，所涉及的MEMS工艺主要包括溅射、光刻、电镀、干法刻蚀和湿法刻蚀等工艺。在制备过程中，解决了以下关键制造技术：1)通过合理的掩模版设计和双面套刻对准标记、多层深度光刻技术，解决了多层掩膜工艺中的套刻问题和电镀用的光刻胶模具，获得了较好的高深宽比光刻胶模具；2)采用深层微电铸工艺解决了微电感线圈的绕线和连线，通过在电镀液中施加添加剂的手段，实现了高深宽比微小尺寸深度盲孔的电镀问题；3)采用聚酰亚胺和氧化铝解决了微电感层间和匝间之间的绝缘问题，采用溅射方法制备氧化铝薄膜，聚酰亚胺采用甩涂后，经烘干和固化工艺，再进行精密机械抛光，可保证基片保持很好的平整性；4)采用化学方法对制备的FeCuNbCrSiB磁性薄膜进行刻蚀，而不刻蚀其它导体材料，解决了磁芯材料的图形微型化工艺。通过以上工艺，获得了具有高深宽比的磁芯螺线管微电感。同时，首次成功地研制出以FeCuNbCrSiB薄膜作为磁芯材料、以聚酰亚胺或氧化铝作为绝缘材料的磁芯螺线管微电感。
(3)磁芯螺线管微电感的测试。
对所研制的微电感，在1-10MHz频率范围内。采用Agilent E4991A阻抗分析仪和Cascade公司的微波探针台进行性能测试，主要包括电感量和品质因子Q值。研究结果表明：相对于椭圆形结构，磁芯结构采用矩形结构不会引起微电感的性能变化；在相同的外形面积上，采用不等宽的磁芯结构，可以获得较大的电感量。这为以后微电感的微型化提供了实验依据。对于磁芯材料为NiFe薄膜的微电感，增大磁芯厚度，可以有效地提高电感量，但以降低Q值为代价。对于以高电阻率的FeCuNbCrSiB薄膜为磁芯材料的微电感，增大磁芯厚度，可以同时提高电感量和Q值，而且其电感量在1-10MHz范围内，保持相对稳定的数值。本论文所研制的微电感器件在航天部第九研究院制作的移动通信电路中获得了应用。
(4)磁芯螺线管微电感的建模分析。
从电磁场理论出发，利用麦克斯韦方程，采用Matlab软件进行编程，对磁芯螺线管微电感进行建模设计，并与实验结果相比较，以期待在未来的微电感设计上起到理论指导作用。在4mm×4mm外形面积下，研究和分析了线圈结构参数和磁芯材料参数如线圈匝数、线圈导体宽度和厚度及间隙、磁芯的宽度和厚度等对微电感的性能影响，并进行了优化设计。对实验测量值与模拟值进行分析对比的结果可以看出，以NiFe薄膜和FeCuNbCrSiB薄膜为磁芯材料制作的微电感，计算机模拟结果与实验结果吻合得较好。因此，在今后微电感的应用时，可以根据应用要求，设计优化微电感器件的性能，然后进行实验制备和验证，从而达到应用的目的。