[发明专利]一种MEMS环形螺线管电感器及其制造方法

说明书

本发明实施例提供了一种MEMS环形螺线管电感器，包括：硅衬底、环形软磁铁芯和螺线管；其中，所述环形软磁铁芯包裹在所述硅衬底内部，所述硅衬底上设置有螺旋孔道，且所述环形软磁铁芯穿过所述螺旋孔道的中心，所述螺线管设置在所述螺旋孔道中。通过将电感器的环形软磁铁芯及螺线管全部设置在硅衬底的内部，充分利用了硅衬底的厚度，得到的电感器的绕组横截面积更大，提高了磁通量，使得电感器的电感值增大；同时，硅衬底能够对环形软磁铁芯及螺线管起到保护作用，提高了电感器的强度，抗冲击性能好。

技术领域

本发明实施例涉及微机电系统(MEMS)技术领域，更具体地，涉及一种MEMS环形螺线管电感器及其制造方法。

背景技术

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)微型电感器由磁芯和绕组构成，与常规电感器相比，磁芯尺寸大幅度缩小，绕组形式也有所改变。微型电感器在微型电子设备、信息设备上有广泛应用，可以起到电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压等作用。

目前基于MEMS工艺的微型电感器主要分为两种，平面螺旋式与螺线管式。其中，平面螺旋式电感器的结构随着绕组匝数增多，线圈直径变大，沿铁芯的总磁通量并不能线性增加而是增加量逐渐减小，因此此种结构的匝数一般有限，导致此种电感器的总功率提升有瓶颈。螺线管式电感器克服了绕组匝数的限制，原则上可以进一步提高电感器总功率。

但是，目前基于MEMS工艺的微型电感器大都是采用薄膜制造工艺，薄膜制造工艺是一种增材制造方法，故得到的微型电感器的绝大部分结构都是在衬底之上，导致电感器强度难以保证，抗冲击性差；同时采用薄膜制造工艺能够得到的垂直高度有限，使得电感器的绕组横截面积小，磁通量小，导致电感器的电感值低。

发明内容

本发明实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的MEMS环形螺线管电感器及其制造方法。

一方面本发明实施例提供了一种MEMS环形螺线管电感器，包括：硅衬底、环形软磁铁芯和螺线管；其中，

所述环形软磁铁芯包裹在所述硅衬底内部，所述硅衬底上设置有螺旋孔道，且所述环形软磁铁芯穿过所述螺旋孔道的中心，所述螺线管设置在所述螺旋孔道中。

进一步地，所述硅衬底分为上硅衬底和下硅衬底，所述环形软磁铁芯分为上铁芯和下铁芯，且所述上铁芯和所述下铁芯形状相同；

所述上硅衬底的下表面设置有与所述上铁芯形状相对应的铁芯槽，所述下硅衬底的上表面设置有与所述下铁芯形状相对应的铁芯槽，所述上铁芯和所述下铁芯分别设置在对应的铁芯槽中，且所述上硅衬底的下表面和所述下硅衬底的上表面相互键合，使得所述上铁芯的下表面和所述下铁芯的上表面相互对准。

进一步地，所述螺旋孔道包括多条第一水平沟槽、多条第二水平沟槽以及多个竖直通孔；

所述第一水平沟槽设置在所述硅衬底的上表面，所述第二水平沟槽设置在所述硅衬底的下表面，所述竖直通孔贯通所述硅衬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沟槽的首尾分别与两个竖直通孔连通，且所述两个竖直通孔分别与两个相邻的第二水平沟槽连通。

进一步地，还包括两个引脚和两个引脚槽；

所述两个引脚槽设置在所述硅衬底的上表面，所述两个引脚槽分别与所述螺旋孔道的首尾连通，所述两个引脚分别设置在所述两个引脚槽中。

进一步地，所述环形软磁铁芯由铁镍合金材料或铁钴合金材料制作而成。

进一步地，所述螺线管由金属铜制作而成。

另一方面本发明实施例提供了一种MEMS环形螺线管电感器的制造方法，包括：

步骤1，分别制作上硅衬底和下硅衬底；其中，