1引言
近幾十年來,微電子技術取得了突飛猛進的發展,遵循摩爾定律不斷前進,電子產品不斷升級換代,電子系統的尺寸越來越小,集成度和工作頻率越來越高,并且系統中集成的功能越來越多。與此相對應,各種電子元器件也都朝著小型化、平面化、高頻化、高精度、高穩定性、低損耗的方向發展,以適應電子系統的高集成度、高頻、高穩定性和低損耗的特點。
電感器作為電路結構中重要的三大無源器件之一,是電源、變壓器、無源濾波器、振蕩器、低噪聲放大器等功能模塊的關鍵組成部分,也是射頻網絡中,實現阻抗匹配的重要元件,在電腦、數碼相機、儀器儀表、汽車電子、手機及各種電子信息等領域中有廣泛的應用,其市場需求量是十分巨大的。
雖然貼片式電感的出現在一定程度上解決了系統輕量化的問題,但它還遠遠不能滿足當今電子系統高集成度的要求。薄膜電感器的出現,使得電感器從三維結構走向了二維,有效地降低了電感器的質量和體積,同時由于各種低損耗、高性能軟磁薄膜的研制成功,使得薄膜電感器自身的性能得到了有效的提高,單位面積上獲得了更大的電感量,這樣就更進一步減小了電感器的面積,提高了集成度,并且降低了能量損耗,提高了整個電路系統和功能模塊的性能,因此薄膜電感器可能成為未來電感器的主流。
2薄膜電感器制備
薄膜與電感器的基本結合方式有頂層膜電感器、底層膜電感器和雙層膜電感器,如圖1所示,前兩種結合方式都只是使磁路在電感器的薄膜側閉合,而雙層膜電感器磁路*閉合。試驗中我們制備了頂層膜、底層膜和雙層膜電感器樣品。
(1)頂層膜電感器制備
頂層薄膜電感器的制備是首先在尺寸為25mm×25mm×0.4mm,介電常數為9.8的陶瓷基片上用絲網印刷的方法,以高溫銀漿為原材料,制作空心電感器平面螺旋線圈,然后烘干并經過850℃燒結,使電感器圖形在陶瓷襯底上固化,其示意圖如2所示。空心電感器的結構參數為外徑l=5mm,導線寬度W=250μm,導線間隙S=250μm,導線厚度t=3μm。圖中的螺旋線圈部分是電感器,微帶線的制備是為了測量的方便,根據微波理論,微帶線的寬度設計為使其特性阻抗與網絡分析儀的測試端口阻抗匹配。
鐵氧體薄膜的制備與集成依然是使用絲網印刷法,就是將配置好的Ni-Cu-Zn鐵氧體漿料直接印刷在制作好的空心電感器上面,烘干后的鐵氧體膜厚度大約是5μm,制作好的薄膜電感器實物圖如圖3所示。為了比較不同后處理工藝對電感器性能的影響,又對制備好的頂層膜電感器進行了不同的后期熱處理工藝,編號為U1-U4,如表1所示,其中各個樣品在100℃保溫240分鐘是樣品制作好以后的烘干過程。
近幾十年來,微電子技術取得了突飛猛進的發展,遵循摩爾定律不斷前進,電子產品不斷升級換代,電子系統的尺寸越來越小,集成度和工作頻率越來越高,并且系統中集成的功能越來越多。與此相對應,各種電子元器件也都朝著小型化、平面化、高頻化、高精度、高穩定性、低損耗的方向發展,以適應電子系統的高集成度、高頻、高穩定性和低損耗的特點。
電感器作為電路結構中重要的三大無源器件之一,是電源、變壓器、無源濾波器、振蕩器、低噪聲放大器等功能模塊的關鍵組成部分,也是射頻網絡中,實現阻抗匹配的重要元件,在電腦、數碼相機、儀器儀表、汽車電子、手機及各種電子信息等領域中有廣泛的應用,其市場需求量是十分巨大的。
雖然貼片式電感的出現在一定程度上解決了系統輕量化的問題,但它還遠遠不能滿足當今電子系統高集成度的要求。薄膜電感器的出現,使得電感器從三維結構走向了二維,有效地降低了電感器的質量和體積,同時由于各種低損耗、高性能軟磁薄膜的研制成功,使得薄膜電感器自身的性能得到了有效的提高,單位面積上獲得了更大的電感量,這樣就更進一步減小了電感器的面積,提高了集成度,并且降低了能量損耗,提高了整個電路系統和功能模塊的性能,因此薄膜電感器可能成為未來電感器的主流。
2薄膜電感器制備
薄膜與電感器的基本結合方式有頂層膜電感器、底層膜電感器和雙層膜電感器,如圖1所示,前兩種結合方式都只是使磁路在電感器的薄膜側閉合,而雙層膜電感器磁路*閉合。試驗中我們制備了頂層膜、底層膜和雙層膜電感器樣品。
(1)頂層膜電感器制備
頂層薄膜電感器的制備是首先在尺寸為25mm×25mm×0.4mm,介電常數為9.8的陶瓷基片上用絲網印刷的方法,以高溫銀漿為原材料,制作空心電感器平面螺旋線圈,然后烘干并經過850℃燒結,使電感器圖形在陶瓷襯底上固化,其示意圖如2所示。空心電感器的結構參數為外徑l=5mm,導線寬度W=250μm,導線間隙S=250μm,導線厚度t=3μm。圖中的螺旋線圈部分是電感器,微帶線的制備是為了測量的方便,根據微波理論,微帶線的寬度設計為使其特性阻抗與網絡分析儀的測試端口阻抗匹配。
鐵氧體薄膜的制備與集成依然是使用絲網印刷法,就是將配置好的Ni-Cu-Zn鐵氧體漿料直接印刷在制作好的空心電感器上面,烘干后的鐵氧體膜厚度大約是5μm,制作好的薄膜電感器實物圖如圖3所示。為了比較不同后處理工藝對電感器性能的影響,又對制備好的頂層膜電感器進行了不同的后期熱處理工藝,編號為U1-U4,如表1所示,其中各個樣品在100℃保溫240分鐘是樣品制作好以后的烘干過程。
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