螺线(Solenoid)线圈在电子行业的众多领域都有着极广泛的应用:在传感器中,可作磁通门或者巨磁阻的激励线圈、电流传感器的感应线圈等;在执行器中,可用于微驱动,例如智能手机中触觉反馈Taptic Engine、手机摄像头变焦和电磁推杆等;在能量采集器中,可用于电磁式振动能量采集器的线圈;在功率电子器件中,可用作扼流的共模线圈,也可用作传导电能的变压器和功率电感;在射频系统中,用于频率发生、信号发射和接收等功能。

螺线线圈由著名的物理学家安培于1820年发明,其本质上可以看作是一个电磁相互作用的放大器。螺线线圈发明已经有200多年,除部分用叠层工艺和半导体薄膜工艺外,目前线圈主要还是由漆包线绕制而成。因为作为一种复杂的三维金属结构,毫米级螺线线圈在晶圆上的批量制造极具挑战性。

(资料图)

制造芯片式螺线线圈需要晶圆级厚金属工艺,但在硅晶圆上沉积较厚的金属一直存在着工艺的难度,目前主流的技术路线是通过电镀来实现。但作为一项基于电化学原理的金属沉积方法,电镀存在一些问题。例如电镀只能在导电的表面进行沉积,因为对于像硅或者玻璃晶圆就需要预先通过溅射或者蒸镀的方式铺上种子层;电镀使用的溶液具有一定的毒害并且容易对环境造成污染;电镀更适合平面二维结构的成型,对于成型复杂的三维结构则比较困难。迈铸半导体研发的微机电铸造(MEMS-Casting)技术则很好的解决了晶圆上复杂厚金属成型问题。

微机电铸造(MEMS-Casting)是一项将微纳原理引入宏观的铸造,可以在晶圆级实现复杂微金属结构批量铸造的技术。作为一项适合于在晶圆上批量制造复杂金属微型结构的技术,微机电铸造技术可以灵活方便地在晶圆一次成型螺线线圈,从而可以实现MEMS芯片式线圈。

通过微机电铸造技术在晶圆上制造MEMS线圈在工艺上主要分为线圈模具刻蚀和线圈金属填充两步。首先用体硅刻蚀工艺(主要是DRIE深硅刻蚀)在硅晶圆上刻蚀得到需要制造的线圈的硅模具,然后通过迈铸半导体自主研发的微机电铸造专用设备在晶圆的线圈模具中填充合金材料从而得到完整的线圈。与用固态的漆包线制造线圈的主要区别是,用微机电铸造技术制造线圈可以看成是用液态的金属绕制线圈(最后固化)。与电镀相比,微机电铸造技术的沉积速度可以提高数倍,并且过程清洁环保没有污染。

据麦姆斯咨询报道,近日,迈铸半导体正式推出MEMS芯片级线圈产品。客户可以根据实际的应用要求提出自己的线圈需求,迈铸半导体可以实现从线圈设计到出样的所有相关流程一站式服务。根据具体的线圈结构和类型,最快的打样交货期可以短至2周以内。

△ 3层Cavity+2层Groove

长 x 宽 x 高:5mm x 3.16mm x 1.95mm

△ 花瓣线圈

直径:3mm

相对于漆包线绕制的线圈,基于微机电铸造技术的MEMS线圈具有以下优点:

●硅基易集成。基于微机电铸造的线圈是一种MEMS线圈,这种芯片式的线圈更容易在与ASIC芯片配合的场景实现合封。

●一致性更好。目前一致性可以达到1%左右。

●可以实现更灵活的结构,例如可以实现像U形,O形等线圈结构,而这类结构的线圈能表现出直的线圈没有的特性。

●因为线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度的温度。

△ MEMS线圈与传统线圈的对比

目前迈铸半导体已申请相关专利40多项,授权25+项,并且已建成一条1000平方米的中试线,具备完整的MEMS线圈生产制造能力,可满足MEMS线圈打样和小批量生产需求。

△ 迈铸半导体微机电铸造技术应用中试线(一期)

△ 微机电铸造专用填充设备

△ 中试线内部分设备区间

△ 这款80匝(长5mmX宽3.16mm)线圈可现货提供

中间的空腔有0/0.3/0.6/0.9mm四种规格可选

支持定制任意规格

上海迈铸半导体成立于2018年,是中国科学院上海微系统与信息技术研究所孵化企业。2021年获高新技术企业称号。公司致力于晶圆级微机电铸造(MEMS-Casting)技术的研发和产业化,此技术是本公司研发的一项独创性技术,该技术可通过微纳原理将宏观的铸造缩小一百万倍,从而可以在晶圆上实现铸造。可广泛应用于半导体先进封装、MEMS器件以及三维集成射频器件等领域。

△ 基于MEMS线圈的可发电手表

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