螺線(Solenoid)線圈在電子行業(yè)的眾多領(lǐng)域都有著極廣泛的應(yīng)用:在傳感器中,可作磁通門或者巨磁阻的激勵(lì)線圈、電流傳感器的感應(yīng)線圈等;在執(zhí)行器中,可用于微驅(qū)動(dòng),例如智能手機(jī)中觸覺反饋Taptic Engine、手機(jī)攝像頭變焦和電磁推桿等;在能量采集器中,可用于電磁式振動(dòng)能量采集器的線圈;在功率電子器件中,可用作扼流的共模線圈,也可用作傳導(dǎo)電能的變壓器和功率電感;在射頻系統(tǒng)中,用于頻率發(fā)生、信號(hào)發(fā)射和接收等功能。

螺線線圈由著名的物理學(xué)家安培于1820年發(fā)明,其本質(zhì)上可以看作是一個(gè)電磁相互作用的放大器。螺線線圈發(fā)明已經(jīng)有200多年,除部分用疊層工藝和半導(dǎo)體薄膜工藝外,目前線圈主要還是由漆包線繞制而成。因?yàn)樽鳛橐环N復(fù)雜的三維金屬結(jié)構(gòu),毫米級(jí)螺線線圈在晶圓上的批量制造極具挑戰(zhàn)性。

(資料圖)

制造芯片式螺線線圈需要晶圓級(jí)厚金屬工藝,但在硅晶圓上沉積較厚的金屬一直存在著工藝的難度,目前主流的技術(shù)路線是通過電鍍來實(shí)現(xiàn)。但作為一項(xiàng)基于電化學(xué)原理的金屬沉積方法,電鍍存在一些問題。例如電鍍只能在導(dǎo)電的表面進(jìn)行沉積,因?yàn)閷?duì)于像硅或者玻璃晶圓就需要預(yù)先通過濺射或者蒸鍍的方式鋪上種子層;電鍍使用的溶液具有一定的毒害并且容易對(duì)環(huán)境造成污染;電鍍更適合平面二維結(jié)構(gòu)的成型,對(duì)于成型復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)則比較困難。邁鑄半導(dǎo)體研發(fā)的微機(jī)電鑄造(MEMS-Casting)技術(shù)則很好的解決了晶圓上復(fù)雜厚金屬成型問題。

微機(jī)電鑄造(MEMS-Casting)是一項(xiàng)將微納原理引入宏觀的鑄造,可以在晶圓級(jí)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜微金屬結(jié)構(gòu)批量鑄造的技術(shù)。作為一項(xiàng)適合于在晶圓上批量制造復(fù)雜金屬微型結(jié)構(gòu)的技術(shù),微機(jī)電鑄造技術(shù)可以靈活方便地在晶圓一次成型螺線線圈,從而可以實(shí)現(xiàn)MEMS芯片式線圈。

通過微機(jī)電鑄造技術(shù)在晶圓上制造MEMS線圈在工藝上主要分為線圈模具刻蝕和線圈金屬填充兩步。首先用體硅刻蝕工藝(主要是DRIE深硅刻蝕)在硅晶圓上刻蝕得到需要制造的線圈的硅模具,然后通過邁鑄半導(dǎo)體自主研發(fā)的微機(jī)電鑄造專用設(shè)備在晶圓的線圈模具中填充合金材料從而得到完整的線圈。與用固態(tài)的漆包線制造線圈的主要區(qū)別是,用微機(jī)電鑄造技術(shù)制造線圈可以看成是用液態(tài)的金屬繞制線圈(最后固化)。與電鍍相比,微機(jī)電鑄造技術(shù)的沉積速度可以提高數(shù)倍,并且過程清潔環(huán)保沒有污染。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,近日,邁鑄半導(dǎo)體正式推出MEMS芯片級(jí)線圈產(chǎn)品。客戶可以根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用要求提出自己的線圈需求,邁鑄半導(dǎo)體可以實(shí)現(xiàn)從線圈設(shè)計(jì)到出樣的所有相關(guān)流程一站式服務(wù)。根據(jù)具體的線圈結(jié)構(gòu)和類型,最快的打樣交貨期可以短至2周以內(nèi)。

△ 3層Cavity+2層Groove

長 x 寬 x 高:5mm x 3.16mm x 1.95mm

△ 花瓣線圈

直徑:3mm

相對(duì)于漆包線繞制的線圈,基于微機(jī)電鑄造技術(shù)的MEMS線圈具有以下優(yōu)點(diǎn):

●硅基易集成。基于微機(jī)電鑄造的線圈是一種MEMS線圈,這種芯片式的線圈更容易在與ASIC芯片配合的場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)合封。

●一致性更好。目前一致性可以達(dá)到1%左右。

●可以實(shí)現(xiàn)更靈活的結(jié)構(gòu),例如可以實(shí)現(xiàn)像U形,O形等線圈結(jié)構(gòu),而這類結(jié)構(gòu)的線圈能表現(xiàn)出直的線圈沒有的特性。

●因?yàn)榫€圈所包含的材料只有硅,二氧化硅和合金,所以可以耐受超300度的溫度。

△ MEMS線圈與傳統(tǒng)線圈的對(duì)比

目前邁鑄半導(dǎo)體已申請(qǐng)相關(guān)專利40多項(xiàng),授權(quán)25+項(xiàng),并且已建成一條1000平方米的中試線,具備完整的MEMS線圈生產(chǎn)制造能力,可滿足MEMS線圈打樣和小批量生產(chǎn)需求。

△ 邁鑄半導(dǎo)體微機(jī)電鑄造技術(shù)應(yīng)用中試線(一期)

△ 微機(jī)電鑄造專用填充設(shè)備

△ 中試線內(nèi)部分設(shè)備區(qū)間

△ 這款80匝(長5mmX寬3.16mm)線圈可現(xiàn)貨提供

中間的空腔有0/0.3/0.6/0.9mm四種規(guī)格可選

支持定制任意規(guī)格

上海邁鑄半導(dǎo)體成立于2018年,是中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所孵化企業(yè)。2021年獲高新技術(shù)企業(yè)稱號(hào)。公司致力于晶圓級(jí)微機(jī)電鑄造(MEMS-Casting)技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化,此技術(shù)是本公司研發(fā)的一項(xiàng)獨(dú)創(chuàng)性技術(shù),該技術(shù)可通過微納原理將宏觀的鑄造縮小一百萬倍,從而可以在晶圓上實(shí)現(xiàn)鑄造。可廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體先進(jìn)封裝、MEMS器件以及三維集成射頻器件等領(lǐng)域。

△ 基于MEMS線圈的可發(fā)電手表

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