单片集成 MEMS 开关的微线圈数控可变电感器的设计与仿真

本工作介绍了一种三维微线圈的设计分析仿真及标准 MEMS 制造工艺，该微线圈带有磁芯和数字开关配置，采用完全集成的全 MEMS 兼容工艺以实现数控电感。所提出的设计也可用作微型变压器。该设计由五个相同的 3D 线圈及其对应的 MEMS 开关组成。这些线圈通过数字控制实现从线圈电感的五分之一到线圈电感五倍范围内的可变电感。提出了一种标准的五层 Polymumps 工艺来制造微线圈和集成开关。每个微线圈直接锚定在芯片上，一侧连接输入信号，另一侧连接开关。与基于 Si 芯的器件相比，基于 Ni 的磁芯通过在磁性器件中限制和引导磁场，将线圈响应提高了五倍以上。所提出的线圈的绕组数受限于设计长度和标准光学光刻可实现的最小间距。线圈直径也受到光学光刻定义的极限限制，而 Polymumps 工艺可实现的最大高度限制了磁芯的高度，从而导致电感器性能降低。基于该技术，我们提出了长度从 100 um、绕组 10 圈到长度 1000 um、绕组 100 圈不等的线圈。新设计的单片集成 MEMS 开关充当选择器，通过数字控制实现可变电感，允许在 n 个电感步长中进行选择，其中 n 为线圈数量。