文献综述-文献翻译-利用PDMA制造的MEMS直立平面线圈式

1,*s,ES,O O s,m ,M),6)O O O G (a)am (b)c)G G G O O nt,PW)a)b)c)(d)e)f)g) G G (a)b)(a)(b) s,O 7000,2999,3B.K.o,1995,4.H,“999,5. 1997,6.“I2)1998, 的 平 面 线 圈 式感 应 器 的 发 展 现 状摘要 这篇文章主要介绍了直立平面线圈感应器的发展现状 。 这种平面线圈感应器是首先将平面线圈制作在硅基底上 ， 然后再利用一种新型的三维空间的标尺将其自行装配到竖直位置 （ 。 现在已经制作除了不同维数的感应器 ， 并通过了检测 。通 过对感应器经 前后的 的测量、比较，论证了减小基底可以增强感应器的性能，同时也论证了增大基底可以为直立平面线圈节省空间。关键词： 面线圈感应器，品质因素， 振频率1简介 随着的无线通信系统的完善 ， 高性能 （ 足够好的品质因素和自共振频率 ） 的芯片感应器是必需的。然而这种传统的平面线圈感应器存在着基底损失和寄生现象 ，因为传统感应器的平面线圈是不通过薄的绝缘层而直接附在基底上的。近年来 ， 为改进平面线圈的这种性能已经做了很多努力 。 用高传导率的金属材料和厚金属层来减小线圈的电阻 。 同时 ， 用不同的金属来减少基底的损失和寄生现象 ， 包括除去感应器下面的基底 ， 用一层厚的聚酰亚胺将感应器与基底隔离开等等 。 目前 ， 利用一种 金 属 牺 牲 模 式 （ 实 现 了 感 应 器 漂 浮 在 基 底 之 上 的 过 程 。 用 三 维 激 光 平 板印刷术或表面显微机械加工技术实现的三维螺线管感应器已经被成功论证 。 这篇文章 阐 述 了 用 一 种 新 型 的 三 维 自 组 过 程 的 直 立 平 面 线 圈 感 应 器 的 发展现状 。 实验结果显示这种直立平面线圈感应器要比传统的水平感应器有较少的基底损失和寄生现象 ， 因此它可以达到高的品质因素和自共振频率 。 直立感应器的另外一个主要优点是它的底部占用面积几乎为零，因此占用了非常少的基底空间。 2塑性变形磁性装配（ 1为塑性变形磁性组装过程的示意图种装配的详细过程将在其他刊物上介绍 ， 下面我们主要通过一种用悬梁的例子来介绍 注意在固定端附近的区域我们故意将其制作的很柔软 。 首先 ， 用刻蚀技术将粘在悬梁顶面的的一些磁性物质从基底的底层除去 （ 图 1a） 。 然后 ， 应用磁场 ， 磁性材料块被磁化 ， 而且9悬梁将通过磁转矩旋离基底产生磁性材料块（图 1b） 。如果这个旋转度设计得当 ，悬梁将会在柔性区域产生塑性变形 。 并且悬梁将在基底的上方保持一个固定的夹角 （ 图 1c） 。 如 果 柔 性 区 域 用 柔 性 金 属 （ 例 如 金 ） ， 那 么 在 装 配 结 构 与 基 底 之 间 将很容易形成电路 ， 这样适用于射频的应用 。 当竖直结构装配完成后 ， 这种结构可以进一步加强，如果必要的话，磁性材料也可以除去。如果这个柔性区域是球形的 ，那么整个结构就可以平行的装配在一个基底上。 3设计与制作 直 立平面线圈感应器的核心结构与传统的由两层金属层和一层绝缘层组成的结构是一样的 。 通常我们用高传导率的金属材料和低损耗的绝缘材料 。 另外一个必要条件是：感应器的结构应该使得 种直立平面线圈感应器是利用一个带有三个 有 150 m 厚沥青的试验衬垫的共面波导端口（ 结构。这三个检测衬垫也作为基底上直立感应器的锚。 为 底 部 核 心 材 料 （ 线 圈 ） 。 金 是 一 种 高 传 导 率 的 柔 性 材 料 ， 它 是 程 中 一 种 理 想 的 塑 性 变 形 材 料 。 铜 是 精 心 挑 选 出 来 的 一 种 顶 部 核 心 材 料 （ 架桥 ） 。铜也是一种高传导率的金属，它的处理与这个结构中底部核心材料金的处理方法一致 。 二氧化硅和氮化物是硅集成电路中理想的绝缘材料 。 但是它们不适合于直 立 平 面 线 圈 感 应 器 ， 因 为 它 们 的 内 应 力 太 强 ， 并 且 与 金 属 表 面 的 结 合 力 差 。氟 化 塑 料 光 纤 ） 非 晶 态 聚 合 物 是 经 比 较 挑 选 出 来 的 用 于 直 立 感 应 器 中 的隔离物质 。 聚酰亚胺 ） 和 铁氟龙 ） 的相类似 。 但 它 有 比 较 好 的 与 金 属 表 面 的 粘 附 性 和 化 学 稳 定 性 。 为 了 实 现 将铁镍合金 ） 电镀于金和铜结构的表面 。 提供必要的磁力和感应器结构在竖直位置是足够的硬度。 图 2所示为直立平面线圈感应器的 所示。这里的基底是表面涂有 m 厚氮化物的硅片。制作步骤如下： （ a） 沉积 一层 的 厚为 为 b） 在 基 底 上 沉 积 一 层 金 （ 下 面 带 有 一 层 牺 牲 层 ） ， 刻 蚀 成 感 应 器10的底部核心材料（线圈）。 （ c） 在金上面溅射一层厚为 为隔离物。（ d） 沉积一层 桥）。（ e） 在金和铜的表面电镀一层 5 f） 刻蚀氧化牺牲层，并将感应器结构从基底释放。（ g） 通过 实验检测和测量结果 直立平面线圈感应器制作中的 51 的计算机分析器从 50 当感应器还在硅基底上时 。 接下来 感应器被装配到竖直位置后， 复测量。感应器的 与在耐热玻璃基底上设计的结构是一样的， 3 11的模拟和测量结果的史密斯图。这两个感应器的感应系数为 3 了 平 面 线 圈 感 应 器 的 的 模 拟 和 测 量 结 果 。 感 应 器 上 出 现 探 通术的试验衬垫是被镶嵌在里面的。图 3 这种试验衬垫不是被镶嵌的 ， 因为这种感应器的基底是玻璃的 ， 而且镶嵌的影响几乎没有 。 模拟数据是通过一个关于平面线圈感应器的小型电路模型而获得的 。 从 如图 5所示。当平面线圈感应器在硅基底上是，它有一个值为 ，自共振频率为 1当感应器经 峰值因素 2，自 共 振 频 率 超 过 了 4这 个 值 接 近 那 些 在 玻 璃 基 底 上 的 感 应 器 。 对 于 在 硅 基 底上的平面线圈感应器结构 （ 装配前 ） ， 一个巨大的绝缘电容器和一个高频率的基底电 阻 占 支 配 地 位 ， 这 就 导 致 自 共 振 频 率 大 约 为 1一 旦 感 应 器 被 装 配 到 竖 直 位置，基底损失和电容器将被有效移走，这样就改进了感应器的表面性能。而且 ， 频率 远 低 于 1这 里 忽 略 基 底 影 响 ） ， 这 样 玻 璃 基 底 和 硅 基 底 的 感 应 器 就 象 预 期的那样测量结果完全一致。 5讨论 1） 在这篇文章中 ， 氧化物被当作 有时候 ， 氧化物1也被当作是在同一块基底上的集成电路装置的绝缘物质 ， 因此不能被移动 。 在这种情况下，氧化物牺牲层可以被其他物质取代，例如照片底版。 2） 为 了 测 量 简 便 ， 直 立 平 面 线 圈 感 应 器 的 测 量 在 不 能 再 加强 。 但 是 感 应 器 的 结 构 在 可 以 通 过 不 同 的 方 法 来 加 强 （ 如 涂 覆 聚 对 二甲苯）以达到必要的硬度和耐磨度。 3） 当 直立平面线圈感应器的 可以在制作的过程中通过涂一层较厚的金属层来改进的时候 ， 实验也就可以试着去探究一些不同的方法来加厚和加强 经结论 直立平面线圈感应器已经通过一种新型的三维装配方法 直立 平 面 线 圈 感 应 器 较 之 传 统 的 感 应 器 主 要 有 两 个 优 点 ： 即 它 占 用 非 常 小 的 基 底 空间 ， 并且有较少的基底损失和寄生现象 ； 这种直立平面线圈感应器的制作和装配的过程与标准集成电路的制作过程相一致，因此它适合于各种射频集成电路系统。 参考文献 1 片 上 螺 旋 感 应 器 的 物 理 模 型 和 电 子 工 程 师 协会译 2000， 47（ 3）： 5602品质因素 电气和电子工程师协会关于电路和系统的国际研讨会会议记录， 1999， 2： 5773o,片电路平面射频感应器和表面性能可与那些砷 化 镓 单 片 微 波 集 成 电 路 相 比 较 的 硅 片 上 的 波 导 结 构 院 摘 要 ， 1995，7174 射 频 单 片 微 波 集 成 电 路而 应 用 一 种 新 型 的 技