《MEMS微电感》PPT课件.ppt

1、MEMS Transformer & Inductor,概述 电感的特征参数 低频电感 高频电感 一个简单的电感仿真实例,主要内容,电源变压器,DC/DC Convertor,VCO,滤波器,微磁通门,Micro-Inductors,线圈结构,电感主要有3个电学参数： 电感量(L) 储存和转换能量的能力 品质因数(Q) 能量储存与转化的效率 自谐振频率(f0) 电感可以工作的频率范围,电感的电学参数,带绕电感的L可以表示为： 微电感采用软磁材料有： 坡莫合金(NiFe，磁头100MHz) 铁氧体(MnZn铁氧体，20-500KHz) 纳米晶(Fe 纳米晶, Ryu: 0.8 mH & Q=1.

2、11MHz,1999) 其他合金 FeTaN: Shin, 1.1mH & Q=75MHz,1999 FeCoBN: Sato, 0.36 mH & Q=14.5 5MHz,2000,电感量 L,一般地，电感的品质因子为电感线圈在一个周期内的储存能量与消耗的能量之间的比例，对于螺旋电感Q可以表示为：,品质因数 Q,实现小型化、高效、高频DC/DC的磁性部件 小型化(1MHz) 高效(高电感及高品质因子),研究目标,线圈结构,1.5mm,3.9mm,线圈制作流程(I),线圈制作流程(II),结果与讨论,对于一个特定应用，由于材料的Bs确定，而且工作电流I也确定，设计中能够改变影响的只是材料的材料

3、的相对导磁率r和磁性材料的结构就成为主要的设计要素。通常情况下，磁芯的形状(剖面)为矩形时能够获得最大电感；在高频下，磁芯形状的设计需要考虑趋肤效应。,电感设计-磁芯形状,电感设计-绕线形状,设计目标： 使磁芯(磁场)均匀磁化(分布)； 减少线圈间的馈通电感； 工艺上制作的可是现实性；,Step 1 清洗基片(3” 玻璃) Step 2 Ti/Ni 种子层沉积 Step 3 沉积并刻蚀Cu或Ni导线层,制作流程 (I),Step 4 沉积并形成金焊点，沉积AZ绝缘层,制作流程 (II),Step 5 倒装及热压焊将连接上下线圈 Step 6 通过湿法刻蚀去除上层玻璃,制作流程 (III),主要

4、结果,高频下(GHz)，由于要求电感值较小(nH)，主要的限制是Q值，传统的电感是制作在硅衬底上的，这类电感损耗主要来自四个方面： 1、由于硅的半导体性质，当电感线圈中传播的信号频率增高时，硅衬底耦合到地的漏电损耗增大； 2、金属导体的趋肤效应使得电感线圈中高频信号电流逐渐聚集到电感表层的狭小空间内分布，从表层向线圈内部呈指数衰减，因此高频下电感线圈电阻损耗将会升高； 3、信号频率的增加使得金属线圈和衬底内的涡流损耗加剧； 4、线圈自身的馈通阻抗也会随着频率的增加而降低。,高频应用,用悬浮结构、厚绝缘层技术来隔离电感线圈与高损耗衬底； 采用高阻或绝缘衬底降低衬底漏电损耗和涡流损耗； 采用接地屏蔽的方法来减小衬底损耗； 采用Cu、Au代替Al作为线圈材料降低线圈自阻损耗； 采用低K材料介质层降低电感的馈通电容； 优化电感线圈尺寸，如减小线圈间距、减小内圈线宽； 采用螺线管电感、自组装电感等新型三维结构电感；,提高Q值的方法,一些线圈实例信号耦合,一些线圈实例,各层的作用： 1、Cr：底导电层(100nm) 2、SiO2: 保护层； 3、Ti/Cu/Ti : 牺牲层 4、SU8 : 电感模 5、Cr/Au: 种子层 6、Cu : 上导电层,创建模型 设定材料类型 指定边界条件与激励条件 设置求解条件 求解 后处理,Ans