MEMS集成复合磁芯双层平面电感研究

发布时间：2022-02-17 12:27

　　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... 

【文章来源】：上海交通大学上海市211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 磁芯电感器的研究现状
        1.1.1 传统磁芯电感器
        1.1.2 空心结构微电感
        1.1.3 单磁芯结构微电感
        1.1.4 三明治夹层磁芯微电感
        1.1.5 闭合磁芯微电感
    1.2 磁芯微电感中的磁芯材料
        1.2.1 坡莫合金
        1.2.2 铁氧体软磁材料
        1.2.3 磁芯的微加工工艺方法
    1.3 磁芯微电感在DCDC转换器中的应用
    1.4 本论文研究意义和主要内容
第二章 复合磁芯双层平面电感的结构设计和理论分析
    2.1 复合磁芯双层平面电感的结构设计
    2.2 复合磁芯双层平面电感的基本物理模型
        2.2.1 微电感的集总参数模型
        2.2.2 复合磁芯双层平面电感的损耗分析
    2.3 复合磁芯双层平面电感的设计理论
        2.3.1 复合磁芯平面电感的电感量L的计算
        2.3.2 复合磁芯平面电感的品质因数Q的计算
    2.4 本章小结
第三章 复合磁芯双层平面电感中磁芯材料的制备及性能测试
    3.1 软磁材料的基本特性
    3.2 磁芯材料的制备
        3.2.1 坡莫合金薄膜
        3.2.2 铁氧体粉粘结磁体
    3.3 磁芯材料的磁学性能测试
        3.3.1 测量原理
        3.3.2 坡莫合金的磁性能曲线
        3.3.3 铁氧体粉末与铁氧体粉粘结磁体的磁性能曲线
        3.3.4 不同比例下的铁氧体粉粘结磁体的磁性能曲线
    3.4 本章小结
第四章 复合磁芯双层平面电感的性能仿真
    4.1 COMSOL Multiphysics有限元分析方法
    4.2 线圈的结构参数对电感器性能的影响
        4.2.1 导线宽度对线圈电感值和Q值的影响
        4.2.2 导线间距对线圈电感值和Q值的影响
    4.3 复合磁芯对电感器性能的影响
        4.3.1 坡莫合金的图形化图案对电感器性能的影响
        4.3.2 铁氧体粉粘结软磁体填充在线圈层之间对电感器性能的影响
        4.3.3 复合磁芯对电感器性能的影响
    4.4 本章小结
第五章 复合磁芯双层平面电感的MEMS制备工艺及性能测试
    5.1 复合磁芯双层平面电感的MEMS制备
        5.1.1 MEMS微加工工艺介绍
        5.1.2 关键工艺问题及解决方案
        5.1.3 复合磁芯双层平面电感的制备流程
    5.2 复合磁芯双层平面电感的性能测试
        5.2.1 电感测试原理
        5.2.2 带有上下层图形化坡莫合金的电感器性能测试
        5.2.3 铁氧体粉粘结磁体填充在线圈层间的电感器性能测试
        5.2.4 复合磁芯双层平面电感器的性能测试
    5.3 DCDC转换器的转换效率的测试
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 主要创新点
    6.3 前景展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文和申请的专利


【参考文献】：
期刊论文
[1]铁硅铝/锰锌铁氧体复合软磁薄膜成型工艺及磁性能研究[J]. 谢辅强,丁桂甫,汪红,程萍,王艳.  功能材料. 2014(10)
[2]绝缘磁芯平面变压器的漏磁补偿[J]. 康成,刘永好,黄建鸣,李德明.  强激光与粒子束. 2012(07)
[3]软磁铁氧体研究国内外近期动态[J]. 韩志全.  磁性材料及器件. 2010(02)
[4]LTCC铁氧体叠层片式器件及材料的国内外发展动态[J]. 韩志全.  磁性材料及器件. 2009(06)
[5]集成高性能嵌入式螺管电感和互感技术[J]. 吴争争,顾磊,李昕欣.  机械工程学报. 2008(11)
[6]磁粉退磁场和退磁因子的理论计算[J]. 徐忠民.  材料工程. 1996(10)

博士论文
[1]基于MEMS工艺的磁芯微电感器件研究[D]. 侯晓伟.西北工业大学 2016
[2]几种磁致多铁性材料的研究[D]. 宋育全.南京大学 2014

硕士论文
[1]磁性薄膜的反常霍尔效应和磁性研究[D]. 曹志慧.南京邮电大学 2015
[2]退磁因子对软磁材料静态参数的影响研究[D]. 王莹.西安工业大学 2012
[3]基于MEMS平面变压器螺旋电感的研究及设计[D]. 孙超.电子科技大学 2012
[4]MEMS平面磁芯螺旋微电感的制造技术研究[D]. 蒋伟伟.上海交通大学 2012
[5]Li铁氧体的低温制备及仿真应用[D]. 廖杨.电子科技大学 2011
[6]铁氧体膜片式电感器的制备研究[D]. 韩冲.华中科技大学 2009
[7]MEMS平面磁芯螺旋微电感的制造技术研究[D]. 冯书谊.上海交通大学 2009
[8]平面螺旋电感的计算和仿真研究[D]. 齐立荣.大连海事大学 2007
[9]磁性铁氧体ZnxFe3-xO4的光电子能谱研究[D]. 文美兰.东南大学 2006
[10]高磁导率Mn-Zn铁氧体材料的频率特性研究[D]. 王朝明.电子科技大学 2006



本文编号：3629403