在现代电子线路中,磁性元器件如电感以及由它组成的DC-DC变换器、滤波器和振荡器等是不可缺少的元器件。由于便携式电子产品的体积与重量不断缩小,对内部集成的电源管理芯片的要求也越来越高。当前应用中单片集成的DC/DC转换器基本上是对电源芯片的集成,而将电感、电阻和电容这些无源器件置于芯片外部。当薄膜电感器件应用在高频电路中实现滤波、调谐、匹配等功能时,其电感值、品质因子等参数直接影响着电路系统的性能。因此,如何实现小型化、高感值的微电感器件是现阶段集成无源器件、提高系统性能研究重点关注的方向之一。与DC-DC转换芯片应用相适应的微电感器件,工作在较高的频段,要求具有较高的功率负载能力和电能转换效率,如果要进一步追究微型化设计和集成化制造,难度较大。非硅MEMS技术的发展,提供了材料多样性选择和工艺多样性融合以及结构多样化设计的丰富发展空间,为独特功能要求的薄膜微电感器件创新设计提供了难得的机遇。本文首先系统总结了微电感技术的研究现状,深入分析了平面螺旋微电感的优势与挑战,在此基础上确定了面向DC-DC转换器集成应用的微电感开发的技术途径。通过分析微电感的多种损耗机制,利用有限元多物理场分析软件COMSOL建模仿真计算了平面螺旋微电感的性能与结构参数的关系。为获得较高的电感值,将磁性薄膜引入平面微电感并建模仿真计算。同时为了降低磁性材料在高频下的损耗,提出了一种图形化的磁性薄膜平面微电感。该结构可有效降低高频时能量损耗,保证微电感的高感值和高Q值。在仿真分析的基础上,确定了实验制备的四种平面电感模型:双层平面螺旋微电感、整片Ni薄膜双层平面螺旋微电感、整片NiFe薄膜双层平面螺旋微电感和图形化NiFe薄膜双层平面螺旋微电感。然后,采用非硅MEMS集成制造方法,设计并优化单元制造工艺,整合形成成套工艺,流片完成了四种平面微电感的加工制造,并采用Agilent E4294A精密阻抗分析仪对样品性能进行了测试表征。结果显示:在1.5MHz下,图形化NiFe薄膜微电感的电感值达到2.17μH,Q值达到2.8,其Q值是整片NiFe薄膜微电感Q值的1.6倍,电感值是未加磁性薄膜平面微电感的电感值的3倍,同时,适当增加磁性薄膜厚度可提高电感值。图形化NiFe薄膜平面微电感符合DC-DC转换器的要求。最后,设计同步降压DC-DC转换模拟应用电路,并制成相应的PCB电路板对所制备的微电感的转换效率进行检测,并与电感值相同的传统手工绕线的磁芯螺旋管电感进行比较。模拟应用试验结果表明,图形化NiFe薄膜微电感的最高转换效率达到67%,与整片NiFe薄膜微电感相比,损耗降低了15%。传统绕线电感的转换效率为90%,虽然本文所制作的微电感的转换效率略低一些,但其体积仅为传统绕线电感的1/8,可见其在DC-DC电感集成方面有明显的应用潜力。