CA2352452A1 - Microcomponent of the micro-inductor or micro-transformer type - Google Patents
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Abstract
Microcomposant inductif (1), tel que micro-inductance ou microtransformateur, comportant un bobinage métallique (2) ayant la forme d' un solénoïde, et un noyau magnétique (4) incluant un ruban (13) en un matériau ferromagnétique, positionné au centre du solénoïde (2), caractérisé en ce qu e le noyau (4) comporte au moins une couche additionnelle (14) parallèle au ruban (13), apte à générer un champ magnétique orienté perpendiculairement à l'axe (20) du solénoïde (2).Inductive micro-component (1), such as micro-inductance or microtransformer, comprising a metal coil (2) having the shape of a solenoid, and a magnetic core (4) including a ribbon (13) made of a ferromagnetic material, positioned in the center solenoid (2), characterized in that the core (4) comprises at least one additional layer (14) parallel to the strip (13), capable of generating a magnetic field oriented perpendicular to the axis (20) of the solenoid ( 2).
Description
n MICROCOMPOSANT DU TYPE MICRO-INDUCTANCE OU MI RO
TRANSFORMATEUR
Domaine technidue L'invention concerne le domaine de la micro-électronique, et plus précisément au secteur de la fabrication des microcomposants, notamment destinés à être utilisés dans des applications radiofréquences. Elle concerne plus précisément des microcomposants tels que des micro-inductances ou des micro transformateurs équipés d'un noyau magnétique permettant Ie fonctionnement à
des fréquences particulièrement élevées.
Technidues a térieures Comme on le sait, les circuits électroniques utilisés pour les applications radiofréquences, telles que notamment la téléphonie mobile, comportent des circuits oscillants incluant des capacitës et inductances.
Compte tenu de la tendance à la miniaturisation, il est impératif que les microcomposants tels que les micro-inductances occupent un volume de plus en plus réduit, tout en conservant une valeur d'inductance suffisante et un coefficient de qualité élevé.
Par ailïeurs, la tendance générale est à (augmentation des fréquences de fonctionnement. Ainsi, on peut citer â titre d'exemple les fréquences utilisées dans les nouvelles normes LTMTS de la téléphonie mobile, qui sont au voisinage de not MICRO-COMPONENT OF THE MICRO-INDUCTANCE OR MI RO TYPE
TRANSFORMER
Technical area The invention relates to the field of microelectronics, and more specifically in the microcomponent manufacturing sector, especially for to be used in radio frequency applications. It concerns more precisely microcomponents such as micro-inductors or micro transformers fitted with a magnetic core allowing operation at of the particularly high frequencies.
Aerial techniques As we know, the electronic circuits used for applications radio frequencies, such as in particular mobile telephony, include oscillating circuits including capacitors and inductors.
Given the trend towards miniaturization, it is imperative that the microcomponents such as micro-inductors occupy an increasing volume more reduced, while retaining a sufficient inductance value and a coefficient high quality.
In addition, the general tendency is to (increase in the frequencies of operation. Thus, we can cite as an example the frequencies used in the new LTMTS standards for mobile telephony, which are in the vicinity of
2,4 2S GigaHertz, par comparaison avec les fréquences de 900 et 1800 MegaHertz utilisées pour 1a norme GSM.
L'augmentation des fréquences de fonctionnement pose des problémes relatifs au comportement des noyaux magnétiques des micro-inductances.
En effet, pour obtenir un bon facteur de qualité, on recherche généralement à
augmenter la valeur d'inductance de la micro-inductance. A cet effet, on choisit des matériaux magnétiques dont la géométrie et les dimensions permettent d'avoir une perméabilité la plus importante possible.
Or, compte tenu des phénomènes de gyromagnëtisme, il est connu que la perméabilité varie en fonction de la fréquence, et plus précisément qu'il existe une fréquence de résonance au-delà de laquelle une inductance nrése"tP ""
comportement capacitif. Autrement dit, une micro-inductance doit impérativement être utilisée à des fréquences inférieures à cette fréquence de résonance.
Or, (augmentation des fréquences d'utilisation se heurte donc au phénoméne de résonance gyromagnétique, qui limite pour une géométrie donnée Ia plage de fréquence dans laquelle (inductance peut être utilisée de façon optimale.
Un probléme que se propose de résoudre l'invention est celui de ia limitation de la fréquence d'utilisation inhérente à l'existence d'un phénomène de gyromagnétisme.
IS Exposé de l'invention L'invention concerne donc un microcomposant inductif tel qu'une micro-inductance ou un micro-transformateur, qui comporte un bobinage métallique ayant Ia forme d'un solénoïde, et un noyau magnétique incluant un ruban en un matériau ferromagnétique positionné au centre du solénoïde.
Conformément à l'invention, ce microcomposant se caractérise, en ce que le noyau comporte à au moins une couché additionnelle parallèle au ruban, apte à
générer un champ magnétique orienté perpendiculairement à Taxe du solénoïde.
Autrement dit, la couche additionnelle associée au ruban ferromagnétique est le siège d'un champ magnétique qui se referme en passant à travers le ruban, et en soumettant donc ce dernier à un champ magnétique perpendiculaire à Taxe du solénoïde, et donc généralement à la grande dimension du noyau.
La présence de ce champ magnétique supplémentaire à (intérieur du ruban, orienté parallélement à Taxe facile d'aimantation du ruban ferromagnétique, s'oppose à la rotation des aimantations orientées au repos selon Taxe facile.
Ceci se traduit donc par une diminution de la perméabilité magnétique du ruban, et donc une diminution de la valeur d'inductance des microcomposants ; on a constaté
que cet inconvénient est compensé par (augmentation de Ia fréquence de résonance 2.4 2S GigaHertz, by comparison with the frequencies of 900 and 1800 MegaHertz used for the GSM standard.
Increasing operating frequencies poses relative problems to the behavior of magnetic cores of micro-inductors.
Indeed, to obtain a good quality factor, we generally seek to increase the inductance value of the micro-inductance. To this end, we choose magnetic materials whose geometry and dimensions allow to have a the highest possible permeability.
However, given the phenomena of gyromagnetism, it is known that the permeability varies with frequency, and more specifically it there is a resonant frequency beyond which an inductance requires "tP""
capacitive behavior. In other words, a micro-inductance must imperatively be used at frequencies below this resonant frequency.
However, (increase in the frequencies of use therefore comes up against the phenomenon gyromagnetic resonance, which limits for a given geometry the range of frequency in which (inductance can be used optimally.
A problem which the invention proposes to solve is that of limitation the frequency of use inherent in the existence of a phenomenon of gyromagnetism.
IS Statement of the Invention The invention therefore relates to an inductive microcomponent such as a micro-inductor or a micro-transformer, which has a metallic winding having the form of a solenoid, and a magnetic core including a ribbon in one ferromagnetic material positioned in the center of the solenoid.
According to the invention, this microcomponent is characterized in that the core has at least one additional coating parallel to the ribbon, suitable for generate a magnetic field oriented perpendicular to the Solenoid Tax.
In other words, the additional layer associated with the ferromagnetic tape is the seat of a magnetic field which closes by passing through the ribbon, and in therefore subjecting the latter to a magnetic field perpendicular to Taxe du solenoid, and therefore generally at the large dimension of the nucleus.
The presence of this additional magnetic field to (inside the ribbon, oriented parallel to the easy magnetization rate of the ferromagnetic tape, opposes the rotation of the magnetizations oriented at rest according to Easy tax.
This is therefore results in a decrease in the magnetic permeability of the tape, and therefore a decrease in the inductance value of the microcomponents; we observed than this disadvantage is compensated by (increase in the resonant frequency
3 pour l'effet gyromagnétique correspondant à la fréquence maximale à laquelle ie mierocomposant conserve son comportement inductif.
La détermination de la fréquence de résonance gyromagnétique fait intervenir l'équation de Landau-Lifschitz qui suit ~ ~ MnFI M ~ nM
dans laquelle ~ M représente le moment magnétique, ~ H le champ magnétique dans lequel est plongé ce moment, IO ~ y la constante gyromagnétique, ~ et a le facteur d'amortissement.
Pour déterminer la perméabilité selon Taxe difficile du matériau ferromagnétique, qui correspond à l'axe principal du solénoïde, il convient de Z 5 déterminer Ies différents champs magnétiques auxquels le matériau est soumis.
Ainsi, lorsqu'un matériau d'une forme donnée est plongé dans un champ magnétique (HeX~, les aimantations ont tendance à s'aligner.
La neutralité du matériau est donc perdue, des charges apparaissent qui créent 20 un champ s'opposant au champ extérieur, diminuant ainsi le çhamp intérieur résultant (H;"t). Le champ s'opposant au champ extérieur est généralement dénommé "champ démagnétisant" (H~), et dépend fortement de la géométrie. Plus précisément, on appelle N le coefficient de champ démagnétisant tel que : Ha= NM
Ce coefficient N ne dépend que de la géométrie. Ce champ démagnétisant, créé par les composantes d'aimantation selon Ia direction de Taxe difficile diminue le champ intérieur résultant et s'oppose donc au passage de lignes de flux.
Autrement dit, ce champ démagnétisant a pour conséquence une baisse de Ia perméabilité.
Ainsi, en tenant compte de cette modélisation, on peut résoudre (équation de Landau-Lifschitz pour déterminer, selon Taxe difficile, la valeur de 1a perméabilité.
Comme on le sait, la perméabilité magnétique est une grandeur complexe, dans laquelle Ia partie réelle représente la perméabilité efficace, tandis que la partie 3 for the gyromagnetic effect corresponding to the maximum frequency at which ie mierocomposant retains its inductive behavior.
The determination of the gyromagnetic resonance frequency involves the following Landau-Lifschitz equation ~ ~ MnFI M ~ nM
in which ~ M represents the magnetic moment, ~ H the magnetic field in which this moment is immersed, IO ~ y the gyromagnetic constant, ~ and has the damping factor.
To determine permeability according to Difficult Tax of the material ferromagnetic, which corresponds to the main axis of the solenoid, it is advisable to Z 5 determine the different magnetic fields to which the material is submitted.
So when a material of a given shape is immersed in a field magnetic (HeX ~, the magnetizations tend to align.
The neutrality of the material is therefore lost, charges appear which create 20 a field opposing the external field, thus reducing the internal field resulting (H; "t). The field opposing the external field is generally called "demagnetizing field" (H ~), and strongly depends on the geometry. More precisely, we call N the demagnetizing field coefficient such that: Ha = NM
This coefficient N only depends on the geometry. This demagnetizing field, created by the magnetization components according to the direction of Difficult Tax decreases the resulting internal field and therefore opposes the passage of flow lines.
In other words, this demagnetizing field results in a drop in Ia permeability.
Thus, taking into account this modeling, we can solve (equation of Landau-Lifschitz to determine, according to Taxe difficile, the value of 1a permeability.
As we know, magnetic permeability is a complex quantity, in which the real part represents the effective permeability, while the part
4 imaginaire représente les pertes. Ainsi, la résolution de ces ëquations donne les valeurs de la partie réelle (p') et de la partie imaginaire (~,") fonction de la fréquence, de N, et des propriétés intrinsèques du matériau.
La frëquence de rësonance, pour laquelle la valeur de ~," est maximale est la suivante : f~=2 Hx+N.4~cMs Hk+4.~YIs dans laquelle ~ N est le coefficient de champ démagnétisant, ~ y est la constante gyromagnétique, ~ Hk est la valeur du champ d'anisotropie, ~ et MS est la valeur du moment magnétique à la saturation.
On constate donc que la fréquence de résonance est une fonction croissante de la valeur du champ d'anisotropie qui oriente les domaines magnétiques selon l'axe facile. Ainsi, on soumettant le no~au ferromagnétique à un champ supplémentaire grâce à la couche additionnelle et caractéristique, on ajoute un champ supplémentaire au champ d'anisotropie intrinsèque; ce qui augmente f effet d'anisotropie pour les domaines magnétiques.
Par conséquent, la perméabilité magnétique, illustrant la facilité à provoquer la rotation de l'aimantation du matériau est diminuée, puisque le champ magnétique supplémentaire s'oppose à un tel phénomène. En contrepartie, la fréquence de résonance pour (effet gyromagnétique, fonction croissante de la valeur du champ d'anisotropie, est plus élevée, ce qui permet (utilisation de la micro-inductance ou du micro-transformateur à des fréquences plus élevées.
En pratique, le champ magnétique additionnel peut être généré soit par une couche additionnelle en un matériau ferromagnétique dit dur (aimant),, soit une couche métallique conductrice destinée à être parcourue par un courant électrique.
Dans le premier cas, (aimantation de la couche additionnelle dure est choisie perpendiculaire à f axe du solénoïde.
En pratique, on peut prévoir d'interposer ou non entre la couche additionnelle dure et le noyau en matériau ferromagnétique une couche de séparation permettant notamment de limiter les effets de couplage magnétique.
Avantageusement en pratique, on peut prévoir deux couches additionnelles dures situées chacune sur une face du ruban ferromagnétique, de maniëre à
augmenter encore la valeur de ce champ additionnel s'aj outant au champ d'anisotropie intrinsèque, et par conséquent la fréquence de résonance fixant la limite supérieure à laquelle (inductance peut être utilisée.
Avantageusement en pratique, le matériau ferromagnétique dur de la couche additionnelle peut être choisie dans le groupe comprenant les alliages de cobalt-platine ou d'hexaferrites.
En fonction de l'épaisseur et de faimantarion rémanente de la couche additionnelle, on peut choisir Ia valeur du champ magnétique qui s'additionne au champ d'anisotropie intrinsëque, et donc Ia valeur de perméabilité du noyau.
On peut ainsi réaliser des micro-inductances avec des valeurs d'inductances prédéterminées.
Dans le cas où la couche additionnelle est une couche métallique conductrice, on peut avantageusement prévoir de la connecter à des moyens permettant de régler (intensité et/ou la forme du courant électrique qui la parcourt. Il est ainsi possible de régler dynamiquement la valeur du champ magnétique à saturation, et donc la perméabilité magnétique, et ainsi que la valeur de (inductance. Cette disposition permet par exemple de faire varier dynamiquement la fréquence de résonance d'un circuit oscillant de façon particuliërement simple.
En pratique, le ruban ferromagnétique et la couche additionnelle conductrice peuvent être soit électriquement isolés, soit électriquement reliés. Pour ces applications à haute fréquence, le ruban et les couches additionnelles sont avantageusement isolés.
La géométrie du noyau n'est pas limitée à la simple association de deux couches, mais on peut prévoir d'utiliser plusieurs couches additionnelles ferromagnétiques dures entre lesquelles est interposé le ruban magnétique ou bien une couche additionnelle (dure ou conductrice) prise en sandwich entre deux rubans ferromagnétiques.
Bien qu'il ne s'agisse pas de la forme préférée d'exécution, lorsque le matériau ferromagnéüque du ruban est conducteur, on peut prévoir de le faire parcourir par un courant de sorte qu'un champ magnétique se crée à fintërieur même du ruban.
Ce champ produit des effets similaires à ceux générés par une couche additionnelle distincte.
Description sommaire des figu; res La maniére de. réaliser (invention ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien du mode de rëalisation qui suit à (appui des figures annexées, dans lesquelles La figure 1 est une vue de dessus schématique d'une micro-inductance réalisée conformëment à (invention, La f gure 2 est une vue en coupe longitudinale selon le plan II-If de Ia figure 1.
La figure 3 est une vue en coupe transversale selon le plan III-III' de la figure 1.
Les figures 4 à 7 sont des vues en coupes analogues à la figure 3, pour différentes variantes de réalisation.
Manière de réaliser l'invention 2S Comme déjà indiqué, (invention concerne des microcomposants tels que des micro-inductances ou micro-transformateurs dont le noyau magnétique comprend un ruban en un matériau ferromagnétique et une couche spécifique qui est la source d'un champ magnétique supplémentaire venant s'additionner au champ d'anisotropie intrinsèque du ruban ferromagnétique.
Cette couche additionnelle peut être réalisée soit à partir d'un matériau ferromagnétique dit dur, soit â partir d'un matériau conducteur, de sorte que lorsqu'elle est parcourue par un courant, cette couche est le siége d'un champ magnétique.
Dans la suite de la description, cette deuxième forme de réalisation est décrite plus en détail.
Ainsi, comme illustré à la figure l, une micro-inductance (1) conforme à
l'invention comporte un bobinage métallique (2) constitué d'une pluralité de spires (3) enroulées autour du noyau magnétique. Plus précisément, chaque spire (3) du solénoïde comprend une partie basse (5} qui est insérée sur la surface du substrat (6), ainsi qu'une pluralité d'arches (7} reliant les extrémités (8, 9) des parties basses adjacentes (5-5'}.
Ainsi, pour obtenir une telle inductance, on procède à Ia gravure d'une pluralité de canaux parallèles (10) sur la face supérieure d'un substrat isolant ou d'une couche isolante sur un substrat conducteur ou serni-conducteur (6). On obtient les parties basses {5) de chaque spire par croissance électrolytique de cuivre, puis on planarise la surface du substrat (6) pour obtenir un état de surface optimal.
On effectue ensuite le dépôt d'une couche de silice (1I) au-dessus de la face supérieure du substrat (6}, de manière à isoler les parties basses (5) des spires vis à
vis des matériaux utilisés pour le noyau magnétique.
On réalise ensuite Ie noyau magnëtique (4). Comme déjà dit, de multiples architectures peuvent être adoptées, et ia suite de la description décrit en détail un mode de réalisation non limitatif. Le noyau (4) de la figure 3 comporte donc deux rubans ferromagnétiques (12,14) entre lesquelles est située une couche conductrice {13).
Plus précisément, pour réaliser la couche (12) en matériau ferromagnétique, plusieurs techniques peuvent être utilisées, telles que la pulvérisatïon cathodique ou le dépôt électrolytique. Ainsi, dans la seconde technique, on assure le dépôt électrolytique du matériau magnétique au-dessus d'une zone de croissance située au-dessus de la pluralité des segments formant les parties basses (5) des spires.
L'épaisseur de Ia couche magnétique (12) est choisie entre 0,1 et 10 micromètres, pour obtenir une inductance suffisante tout en limitant les phénomènes de courants induits.
Après avoir déposé la couche inférieure (12) de matériau ferromagnétique, on procède au dépôt d'une couche isolante (15) par pulvérisation cathodique au dessus de la couche inférieure ( 12). On dépose par la suite une couche conductrice ( 14), qui peut être par exemple en or. Ce dépôt peut avoir lieu par voie électrolytique ou par pulvérisation cathodique. Cette couche conductrice (13) est à son tour recouverte d'une couche isolante (16).
Par Ia suite, on procède au dépôt d'une seconde couche ferromagnétique (13) au-dessus de la couche conductrice (16), de la même manière que pour la couche (12).
Les deux couçhes ferromagnétiques (12, 13) sont préférentiellement de la même épaisseur pour assurer une symétrie autour de la couche conductrice (14).
Aprës avoir réalisé (ensemble du noyau magnétique (4), on procède au dépôt d'une couche de silice (22) destinée à isoler électriquement le noyau magnétique (4) de Ia partie supérieure (7) des spires (2). Par la suite, on procède à un dépôt électrolytique du cuivre pour former des arches (7) reliant les extrémités opposées des parties basses adjacentes (5-5'), pour obtenir le microcomposant illustré
à la figure 1. Des étapes ultérieures pour la création de plots de connexion (23, 24), ainsi qu'une éventuelle passivation peuvent être effectuées.
Les matériaux magnétiques utilisés pour le noyau peuvent être relativement variés dès Iors qu'ils possèdent une forte aimantation et une anisotropie contrôlée.
Ainsi, il peut s'agir de matériaux cristallins ou amorphes tels que par exemple le CoZrNb ou d'autres alliages à base de cobalt, nickel ou fer. S'agissant de la couche conductrice, celle-ci peut être réalisée dans des matériaux à faible résistivité telle que le cuivre ou for.
Ainsi, lorsque la couche intermédiaire conductrice (14) est parcourue par un courant circulant selon (axe (20) du solénoïde, entre les plots (26, 27), un champ magnétique est généré perpendiculairement à Taxe (20) du solénoïde, en formant des lignes de champ autour de la couche conductrice (14). Ce champ (représenté
par des flèches) passe par les couches ferromagnétiques (12, 13) encadrant la couche conductrice (14). Ce champ supplémentaire s'ajoute au champ d'anisotropie intrinsèque caractéristique du matériau ferromagnétique. Ce champ s'oppose donc à
la rotation des aimantations des différents domaines magnétiques qui sont naturellement orientés selon Taxe facile du matériau ferromagnétique, c'est-à-dire perpendiculairement à Taxe du solénoïde. Cette opposition à la rotation des aimantations se traduit par l'augmentation de la valeur du champ magnétique nécessaire pour obtenir la saturaüon, et donc une diminution de Ia perméabilité
magnétique du noyau.
Complémentairement, et comme exposé ci-avant, (augmentation du champ de saturation se traduït par une augmentation de la fréquence de résonance de l'effet gyromagnétique. L'augmentation de cette fréquence de résonance permet donc d'utiliser le microcomposant à des fréquences plus élevées que pour les composants existants.
Le courant électrique parcourant ia couche conductrice ( 14) peut être ajusté
pour faire varier Ia perméabilité du noyau magnétique, et donc le coefficient d'inductance du composant.
Bien entendu, (invention n'est pas limitée à Ia seule forme décrite en détail dans laquelle le champ magnéüque additionnel est obtenu grâce à une couche supplémentaire conductrice. En effet, ce champ additionnel peut également être obtenu par une couche ferromagnétique dure supplémentaire, disposée de telle manière que son aimantation soit perpendiculaire à Taxe du solénoïde. Ainsi comme illustré à la figure 4, Ie noyau comprend une couche additionnelle (32) en un matériau ferromagnétique dur interposée entre deux rubans en matériau ferromagnétique (30,31). Le champ (représenté par des flèches) généré par la couche (32) se referme par les deux rubans {30,31), augmentant ainsi le champ d'anisotropie intrinsèque.
L'invention n'est pas non plus limitée à la forme de réalisation illustrée dans laquelle le noyau comprend deux couches ferromagnétiques entre lesquelles est interposée la couche additionnelle, mais d'autres architectures peuvent être envisagées dans lesquelles le noyau comprend une seule couche ferromagnétique et une couche supplémentaire ferromagnétique dure. .Aïnsi, comme illustré à la figure 4 imaginary represents losses. Thus, solving these equations gives the values of the real part (p ') and the imaginary part (~, ") function of the frequency, N, and intrinsic properties of the material.
The resonance frequency, for which the value of ~, "is maximum is the following: f ~ = 2 Hx + N.4 ~ cMs Hk + 4. ~ YIs in which ~ N is the demagnetizing field coefficient, ~ y is the gyromagnetic constant, ~ Hk is the value of the anisotropy field, ~ and MS is the value of the magnetic moment at saturation.
We therefore see that the resonant frequency is an increasing function of the value of the anisotropy field which orients the magnetic domains according to the easy axis. Thus, we subject the no ~ to ferromagnetic to a field additional thanks to the additional and characteristic layer, we add a field additional to the field of intrinsic anisotropy; which increases f effect anisotropy for magnetic domains.
Therefore, the magnetic permeability, illustrating the ease to cause the rotation of the magnetization of the material is decreased, since the field magnetic additional opposes such a phenomenon. In return, the frequency of resonance for (gyromagnetic effect, increasing function of the value of field anisotropy, is higher, which allows (use of micro-inductance or of the micro-transformer at higher frequencies.
In practice, the additional magnetic field can be generated either by a additional layer of a so-called hard (magnet) ferromagnetic material, i.e.
a conductive metallic layer intended to be traversed by a current electric.
In the first case, (magnetization of the additional hard layer is chosen perpendicular to the axis of the solenoid.
In practice, provision may be made for interposing or not between the additional layer hard and the core of ferromagnetic material a separating layer allowing in particular to limit the effects of magnetic coupling.
Advantageously in practice, two additional layers can be provided.
each located on one side of the ferromagnetic tape, so as to further increase the value of this additional field added to the field of intrinsic anisotropy, and therefore the resonant frequency setting the upper limit at which (inductance can be used.
Advantageously in practice, the hard ferromagnetic material of the layer additional can be chosen from the group comprising alloys of cobalt-platinum or hexaferrites.
Depending on the thickness and residual hunger of the layer additional, you can choose the value of the magnetic field which adds up at intrinsic anisotropy field, and therefore the nucleus permeability value.
We can thus realize micro-inductances with inductance values predetermined.
In the case where the additional layer is a conductive metallic layer, advantage can be provided to connect it to means making it possible to adjust (intensity and / or shape of the electric current flowing through it.
so possible to dynamically adjust the value of the magnetic field at saturation, and so the magnetic permeability, and as well as the value of (inductance. This arrangement allows for example to dynamically vary the frequency of resonance of a particularly simple oscillating circuit.
In practice, the ferromagnetic tape and the additional conductive layer can be either electrically isolated or electrically connected. For these high frequency applications, the ribbon and additional layers are advantageously isolated.
The geometry of the core is not limited to the simple association of two layers, but we can plan to use several additional layers hard ferromagnetic between which the magnetic tape is interposed or well an additional layer (hard or conductive) sandwiched between two ferromagnetic tapes.
Although not the preferred form of execution, when the material ferromagnetic tape is conductive, we can plan to run it through a current so that a magnetic field is created inside the tape.
This field produces effects similar to those generated by a layer additional separate.
Brief description of the figs; res The way of. realize (invention as well as the advantages derived therefrom will emerge well from the embodiment which follows with (support of the figures annexed, in which Figure 1 is a schematic top view of a micro-inductor carried out in accordance with (invention, Figure 2 is a longitudinal sectional view along the II-If plane of Ia figure 1.
Figure 3 is a cross-sectional view along the plane III-III 'of the figure 1.
Figures 4 to 7 are sectional views similar to Figure 3, for different variants.
Way of realizing the invention 2S As already indicated, (the invention relates to microcomponents such as micro-inductors or micro-transformers whose magnetic core includes a ribbon made of a ferromagnetic material and a specific layer which is the source an additional magnetic field added to the field intrinsic anisotropy of the ferromagnetic tape.
This additional layer can be made either from a material ferromagnetic says hard, either from a conductive material, so that when traversed by a current, this layer is the seat of a field magnetic.
In the following description, this second embodiment is described more in detail.
Thus, as illustrated in FIG. 1, a micro-inductance (1) conforming to the invention comprises a metal coil (2) made up of a plurality of turns (3) wrapped around the magnetic core. More precisely, each turn (3) of solenoid includes a lower part (5} which is inserted on the surface of the substratum (6), as well as a plurality of arches (7} connecting the ends (8, 9) of the lower parts adjacent (5-5 '}.
Thus, to obtain such an inductance, one proceeds to the etching of a plurality of parallel channels (10) on the upper face of a substrate insulator or an insulating layer on a conductive or semi-conductive substrate (6). We obtains the lower parts (5) of each turn by electrolytic growth of copper, then planarize the surface of the substrate (6) to obtain a state of area optimal.
A layer of silica (1I) is then deposited above the face top of the substrate (6}, so as to isolate the lower parts (5) of the turns to screw materials used for the magnetic core.
The magnetic core (4) is then produced. As already said, multiple architectures can be adopted, and following the description described in detail one nonlimiting embodiment. The core (4) of Figure 3 therefore comprises of them ferromagnetic tapes (12,14) between which a layer is located conductor {13).
More precisely, to produce the layer (12) of ferromagnetic material, several techniques can be used, such as spraying cathodic or electrolytic deposition. Thus, in the second technique, we ensure the deposit electrolytic magnetic material above a growth zone located above the plurality of segments forming the lower parts (5) of the turns.
The thickness of the magnetic layer (12) is chosen between 0.1 and 10 micrometers, to obtain sufficient inductance while limiting the phenomena of currents induced.
After having deposited the lower layer (12) of ferromagnetic material, we proceeds to deposit an insulating layer (15) by sputtering with above of the lower layer (12). A conductive layer is subsequently deposited ( 14) which can be for example gold. This deposit can take place by electrolytic or by sputtering. This conductive layer (13) is in turn covered with an insulating layer (16).
Thereafter, a second ferromagnetic layer (13) is deposited.
above the conductive layer (16), in the same way as for the layer (12).
The two ferromagnetic layers (12, 13) are preferably of the same thickness to ensure symmetry around the conductive layer (14).
After having carried out (assembly of the magnetic core (4), we proceed to the deposition a layer of silica (22) intended to electrically insulate the core magnetic (4) of the upper part (7) of the turns (2). Then, we proceed to a deposit electrolytic copper to form arches (7) connecting the ends opposite adjacent lower parts (5-5 '), to obtain the illustrated microcomponent to the Figure 1. Subsequent steps for creating connection pads (23, 24) as well as a possible passivation can be carried out.
The magnetic materials used for the core can be relatively varied as soon as they have a strong magnetization and anisotropy controlled.
Thus, it can be crystalline or amorphous materials such as by example the CoZrNb or other alloys based on cobalt, nickel or iron. Regarding the layer conductive, it can be made of materials with low resistivity such than copper or for.
Thus, when the conductive intermediate layer (14) is traversed by a current flowing along (axis (20) of the solenoid, between the studs (26, 27), a field magnetic is generated perpendicular to Tax (20) of the solenoid, forming field lines around the conductive layer (14). This field (represented by arrows) goes through the ferromagnetic layers (12, 13) framing the conductive layer (14). This additional field is added to the field anisotropy intrinsic characteristic of ferromagnetic material. This field opposes so at the rotation of the magnetizations of the different magnetic domains which are naturally oriented according to the easy tax of the ferromagnetic material, i.e.
say perpendicular to the Solenoid tax. This opposition to the rotation of magnetizations results in an increase in the value of the magnetic field necessary to obtain saturation, and therefore a decrease in Ia permeability magnetic core.
In addition, and as explained above, (increased field of saturation results in an increase in the resonant frequency of the gyromagnetic effect. Increasing this resonant frequency allows therefore to use the microcomponent at higher frequencies than for existing components.
The electric current flowing through the conductive layer (14) can be adjusted to vary the permeability of the magnetic core, and therefore the coefficient component inductance.
Of course, (invention is not limited to the sole form described in detail in which the additional magnetic field is obtained by means of a layer additional conductive. Indeed, this additional field can also be obtained by an additional hard ferromagnetic layer, arranged in such a way so that its magnetization is perpendicular to the tax of the solenoid. So as illustrated in FIG. 4, the core comprises an additional layer (32) in a hard ferromagnetic material interposed between two strips of material ferromagnetic (30,31). The field (represented by arrows) generated by the layer (32) closes with two ribbons (30,31), thus increasing the field intrinsic anisotropy.
The invention is also not limited to the illustrated embodiment in which the core comprises two ferromagnetic layers between which is interposed the additional layer, but other architectures can be envisaged in which the core comprises a single ferromagnetic layer and an additional hard ferromagnetic layer. .Ansi, as illustrated in figure
5, le noyau comprend un ruban en matériau ferromagnéüque (35) associé à une couche additionnelle (36) en matériau ferromagnétique dur. Le champ (représenté
par des fléches) généré par Ia couche (36} se referme par 1e ruban (35), augmentant ainsi le champ d'anisotropie intrinsèque de la couche (35). Cette couche en matériau ferromagnétique peut être remplacée par une couche conductrice, qui lorsqu'elle est parcourue par un courant produit un champ dans la couche ferromagnétique (35}. La couche additionnelle peut être au dessus ou au dessous du 5 ruban ferromagnétique, en fonction des épaisseurs et du procédé de fabrication choisi.
D'autres structures sont également couvertes par (invention, telles que celles comprenant un ensemble de plusieurs couches ferromagnétiques associées à
10 plusieurs couches additionnelles, ferromagnétiques ou conductrices. Ainsi, comme illustré à la figure 6, le noyau peut comprendre un ruban (40) en matériau ferromagnétique, interposé entre deux couches ferromagnétiques dures (41,42).
Les champs (représentés par des flèches} générés par les couches additionnelles se referment dans le ruban (40), produisant ainsi (effet souhaité. Comme illustré
à la figure 7, ces deux couches ferromagnétiques dures peuvent être remplacées par deux nappes conductrices (45,46), parcourues par des courants identiques, ruais de sens inverses, de sorte que les champs (représentés par des flèches) qu'elle génèrent sont de même sens lorsqu'ils se referment dans le ruban (40).
Par ailleurs, bien que (invention soit décrite plus en détail en ce qui concerne les micro-inductances, il va-de soi que la réalisation de micro-transformateurs, avec deux bobinages enroulés sur un noyau commun, est également couverte par l'invention.
Il ressort de ce qui précède que les microcomposants conformes à (invention présentent de multiples avantages et notamment (augmentation de la fréquence maximale de fonctionnement par rapport à des microcomposants de dimension et de matériaux identiques, ainsi qu'une possibilité de faire varier de façon dynamique la permëabilité magnétique, et donc la valeur de (inductance.
Ces microcomposants trouvent une application toute particulière dans (application de radio-fréquence et notamment dans la radio-téléphonie mobile. 5, the core comprises a ribbon of ferromagnetic material (35) associated with a additional layer (36) of hard ferromagnetic material. Field (represented by arrows) generated by the layer (36) closes with the ribbon (35), increasing thus the intrinsic anisotropy field of the layer (35). This layer in ferromagnetic material can be replaced by a conductive layer, which when traversed by a current produces a field in the layer ferromagnetic (35}. The additional layer can be above or below below the 5 ferromagnetic tape, depending on the thicknesses and the method of manufacturing selected.
Other structures are also covered by (invention, such as those comprising a set of several ferromagnetic layers associated with 10 several additional layers, ferromagnetic or conductive. So, as illustrated in Figure 6, the core may include a ribbon (40) of material ferromagnetic, interposed between two hard ferromagnetic layers (41,42).
The fields (represented by arrows} generated by the additional layers are close in the ribbon (40), thus producing (desired effect. As illustrated to the Figure 7, these two hard ferromagnetic layers can be replaced by two conductive layers (45,46), traversed by identical currents, but reverse directions, so that the fields (represented by arrows) it generate have the same direction when they close in the ribbon (40).
Furthermore, although the invention is described in more detail with regard to concerned micro-inductors, it goes without saying that the realization of micro-transformers, with two windings wound on a common core, is also covered by the invention.
It appears from the above that the microcomponents in accordance with (invention have multiple advantages and in particular (increased frequency maximum operating compared to microcomponents of dimension and of identical materials, as well as a possibility of varying dynamic magnetic permeability, and therefore the value of (inductance.
These microcomponents find a very particular application in (radio frequency application and in particular in mobile radio telephony.
Claims (10)
générer un champ magnétique orienté perpendiculairement à l'axe (20) du solénoïde (2). 1 / Inductive micro-component (1), such as micro-inductance or microtransformer, comprising a metal coil (2) having the shape of a solenoid, and a core magnetic (4) including a ribbon (12, 13) made of a ferromagnetic material, positioned in the center of the solenoid (2), characterized in that the core (4) includes at least one additional layer (14) parallel to the ribbon (12, 13), capable of generate a magnetic field oriented perpendicular to the axis (20) of the solenoid (2).
les alliages de cobalt platine et les hexaferrites. 5 / Microcomponent according to claim 2, characterized in that the material ferromagnetic of the additional layer is chosen from the group comprising:
cobalt platinum alloys and hexaferrites.
et/ou la forme du courant électrique la parcourant. 7 / Microcomponent according to claim 6, characterized in that the layer additional (14) is connected to means for adjusting the intensity and or the shape of the electric current flowing through it.
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