CN105655104B - 一种平面螺旋电磁线圈 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种平面螺旋电磁线圈。平面螺旋电磁线圈为层状结构，其包括衬底、介质层、石墨烯层、磁芯和绝缘层，介质层生长在衬底上，介质层包括覆盖在衬底上的底介质层和形成在底介质层上的上介质层，磁芯设置在底介质层上表面上，上介质层呈螺旋线形环绕磁芯向外延伸扩展，石墨烯层沿上介质层的延伸轨迹叠置在上介质层上，上介质层与石墨烯层构成螺旋形的线圈，线圈的内端部和外端部分别与一金属电极固定连接，绝缘层覆盖在底介质层上并将磁芯、线圈以及金属电极埋在其内部，金属电极立在底介质层上，金属电极的上端部露出在绝缘层的上表面。采用石墨烯层与上介质层组成线圈结构，使得平面螺旋电磁线圈体积小、磁感应强度高。

Description

一种平面螺旋电磁线圈
技术领域
本发明属于电磁线圈领域，具体涉及一种平面螺旋电磁线圈。
背景技术
目前，平面螺旋线圈主要应用在电感器、射频信号收发器、变压器、滤波器、电磁阀、电磁发射器等领域中。随着科技的发展和电子产品的普及，要求设备及其器件向着小型化，微型化发展。传统的平面螺旋线圈都是采用金属制成，然而随着尺寸的减小，金属线圈出现了可靠性退化和磁场强度不够的问题，比如高电流密度时的电迁移现象、趋肤效应以及邻近效应等。为了在不改变平面螺旋线圈的结构的前提下提高金属平面螺旋线圈性能，目前的方法主要是增加金属线圈匝数，增加磁芯，选用导电率更高的金属材料或者适当增加金属层的厚度。但是这种方式很大程度上增加了制造成本，而且无法满足设备及其器件向着小型化，微型化发展的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种线圈尺寸小、磁感应强度强的平面螺旋电磁线圈。
为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案是：一种平面螺旋电磁线圈为层状结构。其包括衬底、介质层、石墨烯层、磁芯和绝缘层，所述介质层生长在衬底上，所述介质层包括覆盖在衬底上的底介质层和形成在底介质层上的上介质层，所述磁芯设置在底介质层上表面上，所述上介质层呈螺旋线形环绕磁芯向外延伸扩展，所述石墨烯层沿上介质层的延伸轨迹叠置在上介质层上，所述上介质层与石墨烯层构成螺旋形的线圈，所述线圈的内端部和外端部分别与一金属电极固定连接，所述绝缘层覆盖在所述底介质层上并将磁芯、线圈以及金属电极埋在其内部，所述金属电极立在底介质层上，所述金属电极的上端部露出在绝缘层的上表面。
优选的，所述衬底为半导体衬底。
优选的，所述介质层由碳化硅、蓝宝石、氮化铝、氮化镓和氧化锌中的任意一种构成。
优选的，所述石墨烯层为至少一层的层状石墨烯结构。
优选的，所述螺旋形的线圈的线宽为0.1μm-200μm，相邻线圈间的间距为0.1μm-200μm。
优选的，所述螺旋形的线圈自内向外的线宽相等或逐渐变宽/变窄。
优选的，所述螺旋形的线圈的单圈呈圆形/椭圆形/多边形。
优选的，所述磁芯为软磁磁芯，所述磁芯由铁镍合金、铁铝合金、铁钴合金、铁硅合金和氧化铁中的任意一种构成。
优选的，所述金属电极至少由金、铂、铝、铜和银中的一种构成。
优选的，所述绝缘层由二氧化硅、氮化铝、氧化铝和环氧树脂中的任意一种构成
本发明的范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案等。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：采用石墨烯层与上介质层组成线圈结构，改变金属绕线的结构，利用石墨烯的优异导电性能，减小绕线电阻，降低欧姆损耗，减小寄生电容，趋肤效应可忽略不计，从而使得本发明所述的平面螺旋电磁线圈体积小、磁感应强度高。采用软磁磁芯，进一步加强了该平面螺旋电磁线圈的磁感应强度。本发明所述的平面螺旋电磁线圈的加工工艺均采用现有的半导体工艺，制作方便，成本低廉。
附图说明
图1为本发明一种平面螺旋电磁线圈的立体结构示意图；
图2为本发明一种平面螺旋电磁线圈的主视图；
图3为图2中A-A处的剖视图；
图4为实施例一的平面螺旋电磁线圈立体结构示意图（去除绝缘层）；
图5为实施例二的平面螺旋电磁线圈立体结构示意图（去除绝缘层）；
其中：1、衬底；2、介质层；3、石墨烯层；4、磁芯；5、绝缘层；6、金属电极；10、线圈；21、底介质层；22、上介质层。
具体实施方式
实施例一：
如图1至图4所示，本发明所述的一种平面螺旋电磁线圈为层状结构。平面螺旋电磁线圈包括衬底1、介质层2、石墨烯层3、磁芯4和绝缘层5。所述衬底1为半导体衬底。本实施例中衬底1为硅衬底。所述介质层2生长在衬底1上。本实施例中是采用薄膜沉积技术在衬底1上生长出碳化硅的介质层2。当然，所述介质层2还可以是由蓝宝石、氮化铝、氮化镓和氧化锌中的任意一种构成。通过CVD的工艺在介质层2上沉积石墨烯获得石墨烯层3。石墨烯层3可以是单层或者多层石墨烯层状结构。
通过刻蚀工艺，将介质层2和石墨烯层3刻蚀成螺旋形的线圈10。即所述介质层2形成覆盖在衬底1上的底介质层21和形成在底介质层21上的上介质层22。通过电铸的方式使磁芯4生长在底介质层21上表面上。本实施例中所述磁芯4为软磁磁芯，由铁镍合金构成，磁芯的厚度为5μm，磁芯的直径为20μm。所述上介质层22呈螺旋线形环绕磁芯4向外延伸扩展，所述石墨烯层3沿上介质层22的延伸轨迹叠置在上介质层22上，本实施例中，线圈10宽度为1μm，相邻线圈10间的间距为1μm，且所述螺旋形的线圈10的单圈呈圆形。
所述线圈10的内端部和外端部分别与一金属电极6固定连接。本实施例中，所述金属电极6由金构成，采用PVD工艺或者磁控溅射方式生长在底介质层21上。所述绝缘层5覆盖在所述底介质层21上并将磁芯4、线圈10以及金属电极6埋在其内部，所述金属电极6立在底介质层21上，所述金属电极6的上端部露出在绝缘层5的上表面。本实施例中所述绝缘层5为二氧化硅构成，采用CVD工艺生长在底介质层21上。
实施例二：
如图5所示，本实施例是在实施例一的基础上将螺旋形的线圈10的结构进行了改变，使所述螺旋形的线圈10的单圈呈四边形，线圈10的宽度为200μm，相邻的线圈10之间的间距为200μm。所述磁芯4由铁钴合金构成，通过溅射工艺制备在介质层2上，磁芯层厚度为5μm，边长为200μm。其他设置与实施例一类似。
当然，在上述的两个实施例的基础上，所述螺旋形的线圈10的线宽能够在0.1μm-200μm之间设置，相邻的线圈10之间的间距也同样能够在0.1μm-200μm之间设置。所述螺旋形的线圈10自内向外的线宽相等或逐渐变宽/变窄。所述螺旋形的线圈10的单圈还能够呈椭圆形或大于四边形的多边形。所述磁芯4为软磁磁芯，所述磁芯4还能够由铁铝合金、铁硅合金和氧化铁中的任意一种构成。所述金属电极6也还能够由铂、铝、铜和银中的一种或多种构成。所述绝缘层5还能够由氮化铝、氧化铝和环氧树脂中的任意一种构成。
本发明采用石墨烯层3和上介质层22组成线圈10，替代现有的金属绕线，减小了绕线电阻、降低欧姆损耗，减小了寄生电容，趋肤效应可忽略不计，从而使得本发明所述的平面螺旋电磁线圈体积小、磁感应强度高。采用软磁磁芯，进一步加强了该平面螺旋电磁线圈的磁感应强度。本发明所述的平面螺旋电磁线圈的加工工艺均采用现有的半导体工艺，制作方便，成本低廉，利于产业化。
如上所述，我们完全按照本发明的宗旨进行了说明，但本发明并非局限于上述实施例和实施方法。相关技术领域的从业者可在本发明的技术思想许可的范围内进行不同的变化及实施。

Claims (10)

1.一种平面螺旋电磁线圈，其特征在于：所述平面螺旋电磁线圈为层状结构，其包括衬底（1）、介质层（2）、石墨烯层（3）、磁芯（4）和绝缘层（5），所述介质层（2）生长在衬底（1）上，所述介质层（2）包括覆盖在衬底（1）上的底介质层（21）和形成在底介质层（21）上的上介质层（22），所述磁芯（4）设置在底介质层（21）上表面上，所述上介质层（22）呈螺旋线形环绕磁芯（4）向外延伸扩展，所述石墨烯层（3）沿上介质层（22）的延伸轨迹叠置在上介质层（22）上，所述上介质层（22）与石墨烯层（3）构成螺旋形的线圈（10），所述线圈（10）的内端部和外端部分别与一金属电极（6）固定连接，所述绝缘层（5）覆盖在所述底介质层（21）上并将磁芯（4）、线圈（10）以及金属电极（6）埋在其内部，所述金属电极（6）立在底介质层（21）上，所述金属电极（6）的上端部露出在绝缘层（5）的上表面。
2.根据权利要求1所述的一种平面螺旋电磁线圈，其特征在于：所述衬底（1）为半导体衬底。
3.根据权利要求1所述的一种平面螺旋电磁线圈，其特征在于：所述介质层（2）由碳化硅、蓝宝石、氮化铝、氮化镓和氧化锌中的任意一种构成。
4.根据权利要求1所述的一种平面螺旋电磁线圈，其特征在于：所述石墨烯层（3）为至少一层的层状石墨烯结构。
5.根据权利要求1所述的一种平面螺旋电磁线圈，其特征在于：所述螺旋形的线圈（10）的线宽为0.1μm-200μm，相邻线圈（10）间的间距为0.1μm-200μm。
6.根据权利要求1所述的一种平面螺旋电磁线圈，其特征在于：所述螺旋形的线圈（10）自内向外的线宽相等或逐渐变宽/变窄。
7.根据权利要求1所述的一种平面螺旋电磁线圈，其特征在于：所述螺旋形的线圈（10）的单圈呈圆形/椭圆形/多边形。
8.根据权利要求1所述的一种平面螺旋电磁线圈，其特征在于：所述磁芯（4）为软磁磁芯，所述磁芯（4）由铁镍合金、铁铝合金、铁钴合金、铁硅合金和氧化铁中的任意一种构成。
9.根据权利要求1所述的一种平面螺旋电磁线圈，其特征在于：所述金属电极（6）至少由金、铂、铝、铜和银中的一种构成。
10.根据权利要求1所述的一种平面螺旋电磁线圈，其特征在于：所述绝缘层（5）由二氧化硅、氮化铝、氧化铝和环氧树脂中的任意一种构成。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009124783A1 (de) * 2008-04-08 2009-10-15 Hydrotech International Ltd. Spulenanordnung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5793272A (en) * 1996-08-23 1998-08-11 International Business Machines Corporation Integrated circuit toroidal inductor
KR101443223B1 (ko) * 2008-04-04 2014-09-24 삼성전자주식회사 인덕터 및 그 동작방법
EP2682958A1 (en) * 2012-07-04 2014-01-08 Alstom Technology Ltd Transformer
CN104064336B (zh) * 2013-03-22 2018-08-21 高屋科技（深圳）有限公司 石墨线圈平面脉冲变压器
US10251280B2 (en) * 2013-12-31 2019-04-02 Texas Instruments Incorporated Integrated circuit with micro inductor and micro transformer with magnetic core
CN205406254U (zh) * 2016-03-25 2016-07-27 江苏苏净集团有限公司 一种平面螺旋电磁线圈

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009124783A1 (de) * 2008-04-08 2009-10-15 Hydrotech International Ltd. Spulenanordnung

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