螺線(Solenoid)線圈在電子行業的眾多領域都有著極廣泛的應用:在傳感器中,可作磁通門或者巨磁阻的激勵線圈、電流傳感器的感應線圈等;在執行器中,可用于微驅動,例如智能手機中觸覺反饋Taptic Engine、手機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,也可用作傳導電能的變壓器和功率電感;在射頻系統中,用于頻率發生、信號發射和接收等功能。

螺線線圈由著名的物理學家安培于1820年發明,其本質上可以看作是一個電磁相互作用的放大器。螺線線圈發明已經有200多年,除部分用疊層工藝和半導體薄膜工藝外,目前線圈主要還是由漆包線繞制而成。因為作為一種復雜的三維金屬結構,毫米級螺線線圈在晶圓上的批量制造極具挑戰性。

(資料圖)

制造芯片式螺線線圈需要晶圓級厚金屬工藝,但在硅晶圓上沉積較厚的金屬一直存在著工藝的難度,目前主流的技術路線是通過電鍍來實現。但作為一項基于電化學原理的金屬沉積方法,電鍍存在一些問題。例如電鍍只能在導電的表面進行沉積,因為對于像硅或者玻璃晶圓就需要預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環境造成污染;電鍍更適合平面二維結構的成型,對于成型復雜的三維結構則比較困難。邁鑄半導體研發的微機電鑄造(MEMS-Casting)技術則很好的解決了晶圓上復雜厚金屬成型問題。

微機電鑄造(MEMS-Casting)是一項將微納原理引入宏觀的鑄造,可以在晶圓級實現復雜微金屬結構批量鑄造的技術。作為一項適合于在晶圓上批量制造復雜金屬微型結構的技術,微機電鑄造技術可以靈活方便地在晶圓一次成型螺線線圈,從而可以實現MEMS芯片式線圈。

通過微機電鑄造技術在晶圓上制造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,然后通過邁鑄半導體自主研發的微機電鑄造專用設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。與用固態的漆包線制造線圈的主要區別是,用微機電鑄造技術制造線圈可以看成是用液態的金屬繞制線圈(最后固化)。與電鍍相比,微機電鑄造技術的沉積速度可以提高數倍,并且過程清潔環保沒有污染。

據麥姆斯咨詢報道,近日,邁鑄半導體正式推出MEMS芯片級線圈產品。客戶可以根據實際的應用要求提出自己的線圈需求,邁鑄半導體可以實現從線圈設計到出樣的所有相關流程一站式服務。根據具體的線圈結構和類型,最快的打樣交貨期可以短至2周以內。

△ 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

相對于漆包線繞制的線圈,基于微機電鑄造技術的MEMS線圈具有以下優點:

●硅基易集成。基于微機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芯片配合的場景實現合封。

●一致性更好。目前一致性可以達到1%左右。

●可以實現更靈活的結構,例如可以實現像U形,O形等線圈結構,而這類結構的線圈能表現出直的線圈沒有的特性。

●因為線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線圈與傳統線圈的對比

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

△ 邁鑄半導體微機電鑄造技術應用中試線(一期)

△ 微機電鑄造專用填充設備

△ 中試線內部分設備區間

△ 這款80匝(長5mmX寬3.16mm)線圈可現貨提供

中間的空腔有0/0.3/0.6/0.9mm四種規格可選

支持定制任意規格

上海邁鑄半導體成立于2018年,是中國科學院上海微系統與信息技術研究所孵化企業。2021年獲高新技術企業稱號。公司致力于晶圓級微機電鑄造(MEMS-Casting)技術的研發和產業化,此技術是本公司研發的一項獨創性技術,該技術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現鑄造。可廣泛應用于半導體先進封裝、MEMS器件以及三維集成射頻器件等領域。

△ 基于MEMS線圈的可發電手表

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