CN109243780A - 一种印制电路薄膜电感元件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种印制电路薄膜电感元件及其制备方法，属于集成电感技术领域。本发明通过改进磁芯结构，设计分立的薄膜磁芯作为磁性单元在绝缘基板上整齐排列形成阵列型磁芯层，在通电状态下，电流流经该电感结构的导电线路时，将更多的磁场能量束缚在微电感系统中，增强磁流密度，明显减少漏磁，增强磁回路，进而显著提高了系统的电感值；同时分离的薄膜磁芯彼此绝缘且作为独立的闭合单元，使得穿过绝缘层的磁场能量降低，寄生电容和涡流损耗减少，进而大幅度降低电感系统的能量损耗，进一步有利于缓解漏磁现象以提高电感的感值，提高电感系统的品质因数。此外，本发明提供电感元件的制备方法工艺简单、可靠性强、生产成本低，有利于产业化发展。

Description

一种印制电路薄膜电感元件及其制备方法
技术领域
本发明属于集成电感技术领域，具体涉及一种印制电路薄膜电感元件及其制备方法。
背景技术
随着电子产品逐渐向小型化、轻型化方向发展，印制电路板(Printed CircuitBoard，PCB)也朝着多层化、高密度化和集成化方向发展。印制电路板的集成度主要是通过将元件埋嵌制作在印制电路板内部。埋嵌电感元件作为印制电路无源器件集成的三大技术之一，不但能够有效地解决通用分离器件存在占用空间大的问题，而且可以极大地提高产品的可靠性，故而成为了行业的研究热点。采用埋嵌电感元件的印制电路板除了可减小板面布设元件所占的面积而缩减电子信息产品的三维尺寸外，还可实现电信号的最小距离传输，最大程度地消除了印制电路信号的衰减问题而提高信号传输的完整性。
对于系统集成化来说，为减少集成面积最有效的办法就是减小电感的尺寸。空心电感能够在一定程度上有效减小电路的面积和重量，但是同时也减弱了空心电感的电感量以及降低了电感的品质因子，难以满足电感的应用要求。为解决这个问题，研究者提出在空心电感元件上增加具有高磁导率的磁芯的方法来改善电感性能和系统集成化的要求。传统平面型电感元件添加薄膜磁芯的形式大多采用三明治型电感结构实现。三明治型电感元件中，磁芯层位于线圈层的上、下两面形成磁芯/绝缘层/线圈/绝缘层/磁芯的结构。电感元件添加的薄膜磁芯可使得激励的磁通局限在薄膜磁芯内部。大量的理论和实践证明，三明治螺旋绕制电感的寄生电容较大，同时涡流损耗较高，品质因子(Q)较空心电感提升较低，虽相比空心电感缓解了漏磁现象，磁流密度仍然比较低，电感值仍有待提升。提高电感元件的感值和品质因子一直以来都是印制电路集成技术开发的热点与难点，因此亟需研究发展一种新的埋嵌电感结构以有效提升系统感值和品质因子。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种薄膜电感元件。通过在绝缘层上设置多个分立的磁性单元整齐排布形成阵列作为磁芯结构，使得系统的等效电阻提高、寄生电容降低，从而大幅度提升了微电感系统的电感量和品质因子。此外，本发明还提供了上述电感元件的制备方法，工艺简单、可靠，成本低，可实现产业化发展。
为了实现上述目的，本发明提出如下技术方案：
一种薄膜电感元件，包含：
绝缘基板，具有一个表面；
金属层，形成于所述绝缘基板的所述表面上作为电流路径；
磁芯层，形成于所述绝缘基板相背于所述表面的相对另一表面上；
其特征在于：
所述磁芯层包括多个磁性单元按照m×n或者m×m的方式排布形成阵列型结构，其中m，n均为正整数，且m﹥n≧1，所述磁性单元之间相互独立且不相连通，相邻磁性单元由绝缘基板作为隔离部而彼此绝缘。
进一步地，所述绝缘基板为一个，形成单层板埋嵌电感元件。
进一步地，所述绝缘基板为两个，两个绝缘基板相向设置，所述金属层夹设在两个绝缘基板之间，形成双层板埋嵌电感元件。
进一步地，当其为双层板埋嵌电感元件时，其中一个绝缘基板上的磁性单元与另外一个绝缘基板上的磁性单元关于金属层镜面对称设置，或者关于金属层互为正交设置。
进一步地，磁性单元在绝缘基板上排布密度越高，集成电感的整体性能也随之越好，主要体现在系统的电感量和品质因子。
进一步地，本发明还提供一种基于上述薄膜电感元件的制备方法，其特征在于：所述薄膜电感元件的制作可以采用化学镀工艺直接在绝缘基板上制作分立的磁性单元整齐排列形成磁芯层，也可以采用溅射工艺或者层压工艺先制作整板磁芯层再通过光刻和剥离工艺形成整齐排列的、分立的磁性单元作为磁芯层。
具体地，基于化学镀工艺制作薄膜电感元件的操作如下：
步骤1：在绝缘基板上形成提供电感效应的金属层，并对所述金属层进行绝缘包裹处理；
步骤2：在所述绝缘基板相背离所述金属层的另一侧表面的目标区域形成化学沉积中心，经化学镀工艺在绝缘基板上形成整齐排布的磁性单元，所述磁性单元按照m×n或者m×m的方式分布，其中m，n均为正整数，且m﹥n≧1，所述磁性单元相互独立且不相连通，相邻磁性单元由绝缘基板作为隔离部而彼此绝缘。
具体地，基于溅射工艺制作薄膜电感元件的操作如下：
步骤1：在绝缘基板上形成提供电感效应的金属层；
步骤2：在所述绝缘基板相背离所述金属层的另一侧表面采用溅射法沉积磁性薄膜；
步骤3：采用光刻和刻蚀工艺处理所述磁性薄膜，使得磁性薄膜由绝缘基板作为隔离部分离为整齐排布的磁性单元，所述磁性单元按照m×n或者m×m的方式排布，其中m，n均为正整数，且m﹥n≧1，相邻磁性单元相互独立且彼此绝缘。
具体地，基于层压工艺制作薄膜电感元件的操作如下：
步骤1：在绝缘基板上形成提供电感效应的金属层；
步骤2：然后采用层压工艺将磁芯层制作在所述绝缘基板相背离所述金属层的另一侧表面；
步骤3：采用光刻和剥离工艺处理所述磁芯层，使得磁芯层由绝缘基板作为隔离部分离为整齐排布的磁性单元，所述磁性单元按照m×n或者m×m的方式排布，其中m，n均为正整数，且m﹥n≧1，相邻磁性单元相互独立且彼此绝缘。
本发明构思及原理具体如下：依据电磁学理论可知，为了提高品质因子(Q)必须要提高等效电阻降低等效电容。对于电感值的提高，分立的磁性单元能够通过额外内部边界来影响磁性元件中磁回路的形成，增强磁场与磁芯薄膜之间的相互作用。因此，磁性材料的相对磁导率μ得到充分利用。依据电感的表达式：式中，L为电感值，k为常数，只与线圈的直径和长度有关，N为线圈匝数，μ0为真空中磁导率，μ为磁性材料的相对磁导率，S为截面面积。我们可知在通电状态下，电流流经本发明电感结构的导电线路时，金属导体产生的磁流与磁芯形成磁流回路，由于采用分立的薄膜磁芯作为磁性单元在绝缘基板上整齐排列所形成的阵列型磁芯层，其磁性材料μ的提升可将更多的磁场能量束缚在微电感系统中，增强磁流密度，增强磁回路，进而显著提高了系统的电感值。对于品质因子的提高，传统三明治型电感元件通常采用磁性薄膜作为磁芯层，磁芯层在通电状态下，其内部产生的涡流等效为一个环形导体产生的。而本发明将磁芯层设计为多个分立且整齐排列的薄膜磁芯(即磁性单元)，由于每个磁性单元都是独立分离的，由可知，等效电阻率相同，但等效串联导体的横截面积变小，而等效长度显著增加，由此提高了等效串联电阻，作为本领域公知常识，涡流损耗与等效电阻成反比，因此提高等效串联电阻能够降低涡流损耗，从而使得系统的品质因子显著增强。另一方面，传统三明治型电感元件的串联电容包括如下三部分：同层金属线圈之间的电容耦合C1、金属线圈与磁芯之间的电容耦合C2和上下层磁芯的电容耦合C3。本发明磁芯层的设计能够减少金属与磁芯的电容耦合以及双层板应用时上下磁芯层之间的电容耦合，进而大幅提高系统的品质因子，增强其性能可靠性。
相比现有技术，本发明的有益效果是：
本发明通过改进磁芯结构，设计分立的薄膜磁芯作为磁性单元在绝缘基板上整齐排列形成阵列型磁芯层，将更多的磁场能量束缚在微电感系统中，增强磁流密度，增强磁回路，进而显著提高了系统的电感值。同时，由于每个磁性单元之间彼此绝缘且作为独立的闭合单元，故能提高磁芯层的等效串联电阻，降低磁芯层的涡流损耗；并且，磁芯面积较传统三明治型结构减少，降低金属线圈与磁芯以及磁芯间的电容耦合，故能进一步有效降低磁芯的损耗，提高系统的品质因子。此外，本发明还提供了上述电感元件的制备方法，工艺简单、可靠性强、生产成本低，有利于产业化发展。如上所述优势尤其符合目前电子元件小型化和高集成化的趋势，并且应用稳定性很好，因此本发明在集成稳压、电源模块和传感器等方面具有重要的应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的薄膜电感元件的三维结构示意图。
图2为本发明实施例1提供的薄膜电感元件的磁芯层示意图。
图3为本发明实施例1提供的薄膜电感元件的侧面示意图。
图4为本发明实施例1提供的薄膜电感元件上下表面的磁流分布仿真结果图。
图5为本发明实施例2提供的薄膜电感元件的磁芯层示意图。
图6为本发明实施例3提供的薄膜电感元件的磁芯层示意图。
图7为本发明提供的薄膜电感元件和传统空心电感以及全板覆盖磁芯电感的电感值测试结果对比图。
图中，1为导电线圈，2为绝缘基板，3为分立的条形磁性单元形成的阵列型磁芯薄膜(以下简称为分立条形薄膜磁芯)。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
本发明的薄膜电感元件，包含：绝缘基板，具有一个表面；金属层，形成于所述绝缘基板的所述表面上作为电流路径；磁芯层，形成于所述绝缘基板相背于所述表面的相对另一表面上；所述磁芯层包括按照m×n或者m×m的方式分布的磁性单元，其中m，n均为正整数，且m﹥n≧1，所述磁性单元相互独立且不相连通，相邻磁性单元由绝缘基板作为隔离部而彼此绝缘。
本发明的一个具体实施例中，绝缘基板为一个，所述绝缘基板相对两个表面分别设置有作为电流路径的导电线圈和磁芯层；所述磁芯层包括按照m×n或者m×m的方式分布的磁性单元，其中m，n均为正整数，且m﹥n≧1，所述磁性单元相互独立且不相连通，相邻磁性单元由绝缘基板作为隔离部而彼此绝缘。
本发明的一个具体实施例中，绝缘基板为两个，在两个绝缘基板相向侧设置有作为电流路径的金属层，所述两个绝缘基板相背侧分别具有磁芯层，所述磁芯层包括按照m×n或者m×m的方式分布的磁性单元，其中m，n均为正整数，且m﹥n≧1，所述磁性单元相互独立且不相连通，相邻磁性单元由绝缘基板作为隔离部而彼此绝缘。
本发明的一个具体实施例中，金属层为如图1所示的平面螺旋形即导电线圈，但也为任意的形状。将导电线圈的端口引出施加馈电激励作为电感元件中用以提供电感效应的电流路径。
本发明的一个具体实施例中，磁芯层由四块矩形磁性薄膜按照2×2的方式整齐排列在绝缘基板上且彼此间通过绝缘基板隔离而形成(以下将其简称为分立四方块薄膜磁芯电感元件)。
本发明的一个具体实施例中，磁芯层由九块矩形磁性薄膜按照3×3的方式整齐排列在绝缘基板上且彼此间通过绝缘基板隔离而形成(以下将其简称为分立九方块薄膜磁芯电感元件)。
为了使得所属领域技术人员能够更加清楚本发明方案及原理，下面结合附图和具体实施例进行详细描述。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
实施例1；
本实施例提供的电感元件的制备方法如下：
步骤1：选择生益1.2mm含铜箔(厚度为0.2mm的铜线路)的单面覆铜板，通过减成法制作单面印制电路板铜线圈。
步骤2：将单面印制电路板铜线圈进行除油操作以除去电感线圈上的杂质和氧化物。然后对绝缘基板相背离铜线圈侧的表面进行预处理，将磁性材料施加在所述表面并进行固化处理，然后通过层压设备进行处理形成一层磁性薄膜层；
步骤3：采用标准光刻和蚀刻工艺，将磁性薄膜层分离为自左至右整齐排列的m个条形磁性单元，条形磁性单元相互独立且互不相通，相邻条形磁性单元通过绝缘基板作为隔离部而彼此绝缘。
本实施得到的薄膜电感元件(如图1所示)包含：一个绝缘基板2，所述绝缘基板相对两个表面分别设置有作为电流路径的导电线圈1和分立条形磁芯薄膜3；其中：导电线圈1采用电导率为5.8×107S/m的金属铜；绝缘基板2的长宽尺寸为40mm×40mm，绝缘基板2的材料为环氧玻璃布层压板(FR-4)，介电常数约为4.4，磁导率为1，损耗正切约为0.02；所述分立条形磁芯薄膜3是由多个分立的条形磁性单元沿同向周期性排布形成的阵列型磁芯薄膜，示意图如2所示，磁芯薄膜所用材料为磁导率250的软磁材料金属钴，磁性单元为长矩形(条形)薄膜，其长度为40mm，其宽度厚度为1mm，其厚度为20μm，相邻条形磁性单元的间距为1mm，并且相邻磁性单元由绝缘基板作为隔离部而彼此绝缘。
在通电状态下，电流流经本发明电感结构的导电线路时，如图3所示，金属导体产生的磁流与磁芯形成磁流回路。本发明采用多个分立的薄膜磁芯作为磁性单元在绝缘基板上整齐排列所形成的磁芯层，可将更多的磁场能量束缚在微电感系统中，增强磁流密度，明显减少漏磁，增强磁回路，进而显著提高了系统的电感值。图4所示为实施例1提供薄膜电感元件上下表面磁流分布仿真结果图。经三维高频电磁仿真软件HFSS模拟得到：如图4(a)所示，条形薄膜磁芯电感上表面完全集中在中央区域；如图4(b)所示，下表面可以看出磁流基本上附着在条形磁芯上。进而可以说明漏磁现象得到很大改善。同时，本发明将磁芯层设计为多个分立且整齐排列的薄膜磁芯(即磁性单元)，由于每个磁性单元都是独立且闭合的，由此能够有效抑制涡流损耗，从而使得系统的品质因子显著增强。另一方面，本发明磁芯层的设计能够减少金属与磁芯的电容耦合以及双层板应用时上下磁芯层之间的电容耦合，进而大幅提高系统的品质因子，增强其性能可靠性。
实施例2；
本实施提供一种薄膜电感元件(如图5所示)包含：一个绝缘基板，所述绝缘基板相对两个表面分别设置有作为电流路径的导电线圈和分立方块形磁芯薄膜；其中：导电线圈采用电导率为5.8×107S/m的金属铜；绝缘基板的长宽尺寸为40mm×40mm，绝缘基板的材料为环氧玻璃布层压板(FR-4)，介电常数约为4.4，磁导率为1，损耗正切约为0.02；所述分立方块形磁芯薄膜是由四个分立的方块形磁性单元按照2×2的方式排列形成的阵列型磁芯薄膜；磁芯薄膜所用材料为磁导率250的软磁材料金属钴，磁性单元为方块形薄膜，其长宽尺寸为18×18mm，其厚度为20μm，相邻磁性单元的间距为1mm，并且相邻磁性单元由绝缘基板作为隔离部而彼此绝缘。
实施例3；
本实施提供一种薄膜电感元件(如图6所示)，包含：一个绝缘基板，所述绝缘基板相对两个表面分别设置有作为电流路径的导电线圈和分立方块形磁芯薄膜；其中：导电线圈采用电导率为5.8×107S/m的金属铜；绝缘基板的长宽尺寸为40mm×40mm，绝缘基板的材料为环氧玻璃布层压板(FR-4)，介电常数约为4.4，磁导率为1，损耗正切约为0.02；所述分立方块形磁芯薄膜是由九个分立的方块形磁性单元按照3×3的方式排列形成的阵列型磁芯薄膜；磁芯薄膜所用材料为磁导率250的软磁材料金属钴，磁性单元为方块形薄膜，其长宽尺寸为12×12mm，其厚度为20μm，相邻磁性单元的间距为1mm，并且相邻磁性单元由绝缘基板作为隔离部而彼此绝缘。
实施例4：
本实施例采用全板覆盖薄膜磁芯电感和空心电感作为对照，比较不同电感结构的性能，具体采用如下六种电感结构，需要特别说明的是，其编号对应后续性能表的编号：
(1)空心电感。
(2)全板覆盖薄膜磁芯电感：设于基板下表面，施加与基板二维尺寸相同的薄膜磁芯，即磁芯二维尺寸为40mm×40mm。
(3)分立四块状薄膜磁芯电感：设于基板下表面，施加按照2×2方式排布的四个方块形薄膜磁芯，磁芯二维尺寸(长×宽)为18mm×18mm，磁芯间距2mm。
(4)分立九块状薄膜磁芯电感：设于基板下表面，施加按照3×3方式排布的九个方形薄膜磁芯；磁芯二维尺寸(长×宽)为12mm×12mm，磁芯间距2mm。
(5)分立条形薄膜磁芯电感：设于基板下表面，施加沿同向顺序排布的条形薄膜磁芯，磁芯二维尺寸(长×宽)为40mm×2mm，磁芯间距2mm。
(6)分立条形薄膜磁芯电感：设于基板下表面，施加沿同向顺序排布的条形薄膜磁芯，磁芯二维尺寸(长×宽)为40mm×1mm，磁芯间距1mm。
定义绝缘基板的厚度为t，导电线圈2的匝数为n，导电线圈2的导线宽度为d1，导电线圈2的导线厚度为t1，导电线圈2中相邻导线的间距为s1，阵列型磁芯层的磁性单元或全板覆盖磁芯层的长度为l，阵列型磁芯层的磁性单元或全板覆盖磁芯层的宽度为d2，阵列型磁芯层的磁性单元或全板覆盖磁芯层的厚度为t2，阵列型磁芯层相邻磁性单元间距为s2，本实施例中不同薄膜电感的结构参数具体如下表1所示：
表1
t n d<sub>1</sub> t<sub>1</sub> s<sub>1</sub> d<sub>2</sub> t<sub>2</sub> s<sub>2</sub> l
1 1mm 10 0.27mm 0.2mm - - - - -
2 1mm 10 0.27mm 0.2mm 0.9mm 40mm 20μm 1mm 40mm
3 1mm 10 0.27mm 0.2mm 0.9mm 1mm 20μm 1mm 18mm
4 1mm 10 0.27mm 0.2mm 0.9mm 1mm 20μm 1mm 12mm
5 1mm 10 0.27mm 0.2mm 0.9mm 2mm 20μm 2mm 40mm
6 1mm 10 0.27mm 0.2mm 0.9mm 1mm 20μm 1mm 40mm
以上六种薄膜电感结构用automatic component analyzer测试的电感值和品质因子
@10MHz如下表2所示：
表2
电感模型 1 2 3 4 5 6
电感值(μH) 0.487 0.659 1.974 1.777 2.768 2.941
品质因子 7.51 4.56 6.37 6.01 41.32 63.81
由表2和图7均可以看出，相比全覆盖薄膜磁芯电感，本申请提出的阵列型薄膜磁芯电感的感值相较全板覆盖磁芯电感模型有明显提升，并且本申请电感的品质因子相比空心电感模型提升显著，并且通过优化磁性单元的间距、宽度和厚度可进一步优化系统的电感值和品质因子。此外，本实施给出上述六种提供的电感结构中，对于本实施例提供的几种情况来看，磁性单元阵列型磁芯层相邻磁性单元间距为1mm，磁性单元宽度为1mm的条形磁芯薄膜电感(即电感模型6)的电感值和品质因子具备最优的性能，并且通过实施例5和6的比较可看出，随磁性单元在同向排布密度越大，薄膜电感的综合性能越好。
本发明提供的薄膜电感可以根据工作频段的不同，选择恰当的介质基底材料和金属材料，其加工工艺也不局限于本实施例，还可以采用如化学镀方法、离子刻蚀技术等工艺，对此不再赘述。
以上结合附图对本发明的实施例进行了详细阐述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护。

Claims (7)

1.一种薄膜电感元件，包含：
绝缘基板，具有一个表面；
金属层，形成于所述绝缘基板的所述表面上作为电流路径；
磁芯层，形成于所述绝缘基板相背于所述表面的相对另一表面上；
其特征在于：
所述磁芯层包括多个磁性单元按照m×n或者m×m的方式排布形成阵列型结构，其中m，n均为正整数，且m﹥n≧1，所述磁性单元之间相互独立且不相连通，相邻磁性单元由绝缘基板作为隔离部而彼此绝缘。
2.如权利要求1所述的一种薄膜电感元件，其特征在于：所述绝缘基板为一个，形成单层板埋嵌电感元件。
3.如权利要求1所述的一种薄膜电感元件，其特征在于：所述绝缘基板为两个，两个绝缘基板相向设置，所述金属层夹设在两个绝缘基板之间，形成双层板埋嵌电感元件。
4.如权利要求3所述的一种薄膜电感元件，其特征在于：其中一个绝缘基板上的磁性单元与另外一个绝缘基板上的磁性单元关于金属层镜面对称设置，或者关于金属层互为正交设置。
5.如权利要求1至4任一项所述的一种薄膜电感元件的制备方法，其特征在于：
步骤1：在绝缘基板上形成提供电感效应的金属层，并对所述金属层进行绝缘包裹处理；
步骤2：在所述绝缘基板相背离所述金属层的另一侧表面的目标区域形成化学沉积中心，经化学镀工艺在绝缘基板上形成整齐排布的磁性单元，所述磁性单元按照m×n或者m×m的方式分布，其中m，n均为正整数，且m﹥n≧1，所述磁性单元相互独立且不相连通，相邻磁性单元由绝缘基板作为隔离部而彼此绝缘。
6.如权利要求1至4任一项所述的一种薄膜电感元件的制备方法，其特征在于：
步骤1：在绝缘基板上形成提供电感效应的金属层；
步骤2：在所述绝缘基板相背离所述金属层的另一侧表面采用溅射法沉积磁性薄膜；
步骤3：采用光刻和剥离工艺处理所述磁性薄膜，使得磁性薄膜由绝缘基板作为隔离部分离为整齐排布的磁性单元，所述磁性单元按照m×n或者m×m的方式排布，其中m，n均为正整数，且m﹥n≧1，相邻磁性单元相互独立且彼此绝缘。
7.如权利要求1至4任一项所述的一种薄膜电感元件的制备方法，其特征在于：
步骤1：在绝缘基板上形成提供电感效应的金属层；
步骤2：然后采用层压工艺将磁芯层制作在所述绝缘基板相背离所述金属层的另一侧表面；
步骤3：采用光刻和剥离工艺处理所述磁芯层，使得磁芯层由绝缘基板作为隔离部分离为整齐排布的磁性单元，所述磁性单元按照m×n或者m×m的方式排布，其中m，n均为正整数，且m﹥n≧1，相邻磁性单元相互独立且彼此绝缘。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109920640A (zh) * 2019-04-03 2019-06-21 电子科技大学 一种在印制电路板平面集成薄膜磁芯电感的方法及相关薄膜磁芯电感
CN113628875A (zh) * 2021-08-13 2021-11-09 电子科技大学 一种基于超薄改性绝缘层沉积磁芯制备电感器的方法
CN116052981A (zh) * 2023-03-31 2023-05-02 北京航天微电科技有限公司 磁性薄膜电感及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11330884A (ja) * 1998-05-20 1999-11-30 Tokin Corp バンドパスフィルタ及びその製造方法
JPH11330885A (ja) * 1998-05-20 1999-11-30 Tokin Corp バンドパスフィルタ及びその製造方法
JP2000021629A (ja) * 1998-07-06 2000-01-21 Nec Corp ドットアレー状磁性膜並びにこれを用いた磁気記録媒体及び磁気抵抗効果素子
CN1641811A (zh) * 2004-01-14 2005-07-20 电子科技大学 一种n层磁芯的Ⅰ型薄膜变压器阵列及其制备方法
CN103578722A (zh) * 2013-11-01 2014-02-12 辽宁工程技术大学 一种首尾次序耦合环式阵列集成电感
CN204697393U (zh) * 2015-04-09 2015-10-07 中国科学院金属研究所 一种基于铁镍基非晶合金磁芯的pcb板上微电感结构

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11330884A (ja) * 1998-05-20 1999-11-30 Tokin Corp バンドパスフィルタ及びその製造方法
JPH11330885A (ja) * 1998-05-20 1999-11-30 Tokin Corp バンドパスフィルタ及びその製造方法
JP2000021629A (ja) * 1998-07-06 2000-01-21 Nec Corp ドットアレー状磁性膜並びにこれを用いた磁気記録媒体及び磁気抵抗効果素子
CN1641811A (zh) * 2004-01-14 2005-07-20 电子科技大学 一种n层磁芯的Ⅰ型薄膜变压器阵列及其制备方法
CN103578722A (zh) * 2013-11-01 2014-02-12 辽宁工程技术大学 一种首尾次序耦合环式阵列集成电感
CN204697393U (zh) * 2015-04-09 2015-10-07 中国科学院金属研究所 一种基于铁镍基非晶合金磁芯的pcb板上微电感结构

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109920640A (zh) * 2019-04-03 2019-06-21 电子科技大学 一种在印制电路板平面集成薄膜磁芯电感的方法及相关薄膜磁芯电感
CN113628875A (zh) * 2021-08-13 2021-11-09 电子科技大学 一种基于超薄改性绝缘层沉积磁芯制备电感器的方法
CN116052981A (zh) * 2023-03-31 2023-05-02 北京航天微电科技有限公司 磁性薄膜电感及其制备方法

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