电子信息产品正逐渐向微型化、低成本和多功能化发展,无源器件也不例外,与有源器件持续缩小尺寸、提升集成度的速度相比,无源器件的进步相对滞后,致使系统中无源器件占用较多的有效面积,因此,提升无源器件集成度成为备受关注的研究课题。电感作为三大无源器件之一在集成电路中有广泛应用,特别是在无线通信系统和功率电路模块中,比如电源电压转换器、变压器、过滤器和振荡器等,都大量使用各种电感器件。以DCDC转换器为例,为了提高能源转换效率、提升电路高频稳定性、提高最佳工作频率,对高性能的薄膜微电感有迫切的需求。然而,因为结构和材料复杂性,高性能电感器件集成化设计和制造面临诸多挑战,微电感多以分立器件形式进行系统集成,且部分高性能电感器件仍依赖组装工序生产,即使与其它无源器件相比,微电感的微型化设计与集成化制造进展也是相对缓慢的,难以很好地适应硬件技术快速发展的需求,因此,研究开发低成本、高性能的集成化制造微电感很有必要。本文在系统总结微电感国内外研究进展的基础上,针对微电感研制中高性能磁芯材料与微加工工艺难以兼容的问题,首先提出了将图形化坡莫合金与铁氧体粘结磁体一体化集成的复合磁芯设计思想,利用坡莫合金薄膜良好的导磁能力,阻止线圈的磁通泄漏,借助最佳的图形化加工,减小坡莫合金中的高频涡流损耗,同时将铁氧体粘结磁体材料填充进图形化合金层缝隙中,以弥补因图形化加工而导致的缝隙磁通泄漏,将铁氧体粘结材料与图形化坡莫合金薄膜优势结合,形成既能阻止磁通泄漏、又能抑制涡流损耗的高性能薄膜磁芯;其次,围绕构造上述复合磁芯的需要,以兼容于微加工工艺体系为前提,开发图形化坡莫合金薄膜与粘结软磁铁氧体材料兼容集成制备技术,优化关键性能,并进行性能测试表征;接着,根据复合磁芯材料性能测试的结果,运用COMSOL Multiphysics,对提出的复合磁芯双层平面电感设计方案进行仿真分析和结构优化,重点比较分析了不同图形化加工图案对坡莫合金屏蔽层防止磁通泄漏和降低涡流损耗的效果,以及粘结铁氧体填充对弥补磁通泄漏的作用。仿真结果显示,采用软磁铁氧体粘结磁体填充图形化坡莫合金磁屏蔽层的缝隙,可以有效降低磁泄漏,显著提升电感值;接着,在多元兼容集成制造技术的基础上,形成了包含粘结软磁体、图形化坡莫合金、铜平面线圈、PI隔离介质等多种材料兼容集成的成套工艺,能够满足前述复合磁芯双层平面电感完全集成制造的需求,研制出带复合屏蔽层的双层螺旋平面微电感样件;最后,测试结果显示,在1.5mm×1.5mm的面积下,采用三明治磁芯结构的双层螺旋平面微电感,当导线宽度40μm,导线间距20μm,导线厚度20μm,单层线圈匝数为13匝,上下表面为20μm厚的图形化坡莫合金薄膜与铁氧体粉粘结磁体一体化集成的复合磁屏蔽层时,在1.5MHz下,电感值达到1.28μH,品质因数Q值达到2.81,满足DCDC转换器电路的基本要求。接入DCDC转换器测试电路显示,输入电压5V,输出电压1.18V时,能量转换效率为65%,初步验证了复合屏蔽层设计思想的合理性和完全集成制造技术路线的可行性。软磁金属与铁氧体材料一体化集成的磁路设计与完全集成的制造方式,使之拥有进一步提高器件性能、降低生产成本的巨大潜力,新型薄膜微电感具有良好的实用化前景。