[發明專利]一種MEMS環形螺線管電感器及其制造方法

有效

• 申請號: 201811277260.8
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109326421B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 陶智;李海旺;徐天彤;吳瀚梟
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01F27/26
• 分類號: H01F27/26;H01F27/28;H01F27/30;H01F41/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;李相雨

本發明實施例提供了一種MEMS環形螺線管電感器，包括：硅襯底、環形軟磁鐵芯和螺線管；其中，所述環形軟磁鐵芯包裹在所述硅襯底內部，所述硅襯底上設置有螺旋孔道，且所述環形軟磁鐵芯穿過所述螺旋孔道的中心，所述螺線管設置在所述螺旋孔道中。通過將電感器的環形軟磁鐵芯及螺線管全部設置在硅襯底的內部，充分利用了硅襯底的厚度，得到的電感器的繞組橫截面積更大，提高了磁通量，使得電感器的電感值增大；同時，硅襯底能夠對環形軟磁鐵芯及螺線管起到保護作用，提高了電感器的強度，抗沖擊性能好。

技術領域

本發明實施例涉及微機電系統(MEMS)技術領域，更具體地，涉及一種MEMS環形螺線管電感器及其制造方法。

背景技術

微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)微型電感器由磁芯和繞組構成，與常規電感器相比，磁芯尺寸大幅度縮小，繞組形式也有所改變。微型電感器在微型電子設備、信息設備上有廣泛應用，可以起到電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩壓等作用。

目前基于MEMS工藝的微型電感器主要分為兩種，平面螺旋式與螺線管式。其中，平面螺旋式電感器的結構隨著繞組匝數增多，線圈直徑變大，沿鐵芯的總磁通量并不能線性增加而是增加量逐漸減小，因此此種結構的匝數一般有限，導致此種電感器的總功率提升有瓶頸。螺線管式電感器克服了繞組匝數的限制，原則上可以進一步提高電感器總功率。

但是，目前基于MEMS工藝的微型電感器大都是采用薄膜制造工藝，薄膜制造工藝是一種增材制造方法，故得到的微型電感器的絕大部分結構都是在襯底之上，導致電感器強度難以保證，抗沖擊性差；同時采用薄膜制造工藝能夠得到的垂直高度有限，使得電感器的繞組橫截面積小，磁通量小，導致電感器的電感值低。

發明內容

本發明實施例提供了一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的MEMS環形螺線管電感器及其制造方法。

一方面本發明實施例提供了一種MEMS環形螺線管電感器，包括：硅襯底、環形軟磁鐵芯和螺線管；其中，

所述環形軟磁鐵芯包裹在所述硅襯底內部，所述硅襯底上設置有螺旋孔道，且所述環形軟磁鐵芯穿過所述螺旋孔道的中心，所述螺線管設置在所述螺旋孔道中。

進一步地，所述硅襯底分為上硅襯底和下硅襯底，所述環形軟磁鐵芯分為上鐵芯和下鐵芯，且所述上鐵芯和所述下鐵芯形狀相同；

所述上硅襯底的下表面設置有與所述上鐵芯形狀相對應的鐵芯槽，所述下硅襯底的上表面設置有與所述下鐵芯形狀相對應的鐵芯槽，所述上鐵芯和所述下鐵芯分別設置在對應的鐵芯槽中，且所述上硅襯底的下表面和所述下硅襯底的上表面相互鍵合，使得所述上鐵芯的下表面和所述下鐵芯的上表面相互對準。

進一步地，所述螺旋孔道包括多條第一水平溝槽、多條第二水平溝槽以及多個豎直通孔；

所述第一水平溝槽設置在所述硅襯底的上表面，所述第二水平溝槽設置在所述硅襯底的下表面，所述豎直通孔貫通所述硅襯底的上表面和下表面；

所述螺旋孔道中的任一所述第一水平溝槽的首尾分別與兩個豎直通孔連通，且所述兩個豎直通孔分別與兩個相鄰的第二水平溝槽連通。

進一步地，還包括兩個引腳和兩個引腳槽；

所述兩個引腳槽設置在所述硅襯底的上表面，所述兩個引腳槽分別與所述螺旋孔道的首尾連通，所述兩個引腳分別設置在所述兩個引腳槽中。

進一步地，所述環形軟磁鐵芯由鐵鎳合金材料或鐵鈷合金材料制作而成。

進一步地，所述螺線管由金屬銅制作而成。

另一方面本發明實施例提供了一種MEMS環形螺線管電感器的制造方法，包括：

步驟1，分別制作上硅襯底和下硅襯底；其中，