【導(dǎo)讀】JinghongChen*,JunZou**,ChangLiu**andSung-Mo(Steve)Kang***. dielectriclayer[1].

　　

【正文】 圖 1c） 。如果柔性區(qū)域用柔性金屬（例如 金 ） ，那么在裝 配 結(jié)構(gòu)與基底之間將很容易形成電路 ， 這樣適用于射頻的應(yīng)用 。 當(dāng)豎直結(jié)構(gòu)裝配完 成后 ， 這種結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步加強(qiáng) ， 如果必要的 話 ， 磁性材料也可以除去 。 如果這 個(gè)柔性區(qū)域是球形的，那么整個(gè)結(jié)構(gòu)就可以平行的裝配在一個(gè)基底上。 3 設(shè)計(jì)與制作 直立平面線圈感應(yīng)器的核心結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的由兩層金屬層和一層絕緣層組成的結(jié)構(gòu)是一樣的 。 通常我們用高傳導(dǎo)率的金屬材料和低損耗的絕緣材料 。 另外一個(gè) 必要條件是：感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)應(yīng)該使得 PDMA 實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易。 這種直立平面線圈感應(yīng)器是利用一個(gè)帶有三個(gè)有 150μm 厚瀝青的試驗(yàn)襯墊 的共面波導(dǎo)端口 （ CPW）的結(jié)構(gòu)。這三個(gè)檢測(cè)襯墊也作為基底上直立感應(yīng)器 的 錨。 選材 金 作為底部核心材料（線 圈 ） 。 金是一種高傳導(dǎo)率的柔性材料，它 是 PDMA 實(shí)現(xiàn)過(guò)程中一種理想的塑性變形材料。銅是精心挑選出來(lái)的一種頂部核心材料 （架 橋 ） 。銅也是一種高傳導(dǎo)率的金屬，它的處理與這個(gè)結(jié)構(gòu)中底部核心材料金 的處理方法一致 。 二氧化硅和氮化物是硅集成電路中理想的絕緣材料 。 但是它們 不適合于直立平面線圈感應(yīng)器 ， 因?yàn)樗鼈兊膬?nèi)應(yīng)力太強(qiáng) ， 并且與金屬表面的結(jié)合 力差。CYTOP（氟化塑料光纖）非晶態(tài)聚合物是經(jīng)比較挑選出來(lái)的用于直立感 應(yīng)器中的隔離物質(zhì)。 CYTOP 的電特性與 Polyimide（聚酰亞胺）和 Telfon（鐵氟 龍）的相類似。但它有比較好的與金屬表面的粘附性和化學(xué)穩(wěn)定性。為了實(shí)現(xiàn) PDMA，將 Permalloy（鐵鎳合金）電鍍于金和銅結(jié)構(gòu)的表面。Permalloy 層用來(lái) 為 PDMA 提供必要的磁力和感應(yīng)器結(jié)構(gòu)在豎直位置是足夠的硬度。 圖 2 所示為直立平面線圈感應(yīng)器的 PDMA 裝配過(guò)程和制作過(guò)程示意圖。 制作過(guò)程 整個(gè)制作和裝配過(guò)程如圖 2 所示。這里的基底是表面涂有 厚氮化物 的硅片。制作步驟如下： （ a） 沉積一層的厚為 的二氧化硅作為 PDMA 的犧牲層。 （ b） 在基底上沉積一層 厚的金（下面帶有一層犧牲層），刻蝕成感應(yīng) 器的底部核心材料（線圈）。 （ c） 在金上面濺射一層厚為 的 CYTOP 薄膜，作為隔離物。 （ d） 沉積一層 厚的銅作為感應(yīng)器頂部核心材料（架橋）。 （ e） 在金和銅的表面電鍍一層 5μm 厚的 Permalloy。 （ f） 刻蝕氧化犧牲層，并將感應(yīng)器結(jié)構(gòu)從基底釋放。 （ g） 通過(guò) PDMA 將感應(yīng)器的整個(gè)結(jié)構(gòu)裝配到豎直的位置。 4 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)和測(cè)量結(jié)果 直立平面線圈感應(yīng)器制作中的 S11 參數(shù)通過(guò)一個(gè) 851℃ 的計(jì)算機(jī)分析器從 50 MHz 測(cè)量到 4GHz。 S11 第一次測(cè)量是在 PDMA 過(guò)程之前 ， 當(dāng)感應(yīng)器還在硅基底上時(shí)。 接下來(lái)感應(yīng)器被裝配到豎直位置后， S11 被重復(fù)測(cè)量。感應(yīng)器的 S11 參數(shù)與在耐熱 玻璃基底上設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)是一樣的， S11 都要被測(cè)量以用來(lái)對(duì)照比較。 圖 3a 所示為平面線圈感應(yīng)器經(jīng)過(guò) PDMA 前和后對(duì) S11 模擬和測(cè)量結(jié)果的史密 斯圖。 B 為在玻璃基底上設(shè)計(jì)制作的一個(gè)同樣的感應(yīng)器的 S11 的模擬和測(cè)量結(jié)果 的史密斯圖。這兩個(gè)感應(yīng)器的感應(yīng)系數(shù)為 。 圖 3a 顯示了平面線圈感應(yīng)器的 S11 參數(shù)的模擬和測(cè)量結(jié)果。感應(yīng)器上出現(xiàn)探 通術(shù)的試驗(yàn)襯墊是被鑲嵌在里面的。圖 3b 顯示了在耐熱玻璃上設(shè)計(jì)制作的感應(yīng) 器的 S11 參數(shù)的模擬和測(cè)量結(jié)果。這種試驗(yàn)襯墊不是被鑲嵌的，因?yàn)檫@種感應(yīng)器 的基底是玻璃的 ，而且鑲嵌的影響幾乎沒(méi)有 。 模擬數(shù)據(jù)是通過(guò)一個(gè)關(guān)于平面線圈 感應(yīng)器的小型電路模型而獲得的。從 S11 參數(shù)的模擬和測(cè)量中萃取的作為頻率函 數(shù)的品質(zhì)因素 Q 如圖 5 所示 。 當(dāng)平面線圈感應(yīng)器在硅基底上是 ， 它有一個(gè)值為 的峰值因素 Q，自共振頻率為 1GHz。當(dāng)感應(yīng)器經(jīng) PDMA 過(guò)程而在豎直位置時(shí)，峰 值因素 Q 增大到 12，自共振頻率超過(guò)了 4GHz，這個(gè)值接近那些在玻璃基底上的 感應(yīng)器 。 對(duì)于在硅基底上的平面線圈感應(yīng)器結(jié)構(gòu) （裝配前 ）， 一個(gè)巨大的絕緣電 容器和一個(gè)高頻率的基底電阻占支配地位，這就導(dǎo)致自共振頻率大約為 1GHz。 一旦感應(yīng)器被裝配到豎直位置 ， 基底損失和電容器將被有效移走 ， 這樣就改進(jìn)了 感應(yīng)器的表面性能。而且，頻率遠(yuǎn)低于 1GHz（這里忽略基底影響），這樣玻璃 基底和硅基底的感應(yīng)器就象預(yù)期的那樣測(cè)量結(jié)果完全一致。 5 討論 1） 在這篇文章中，氧化物被當(dāng)作 PDMA 中的犧牲層材料。有時(shí)候，氧化 物也被當(dāng)作是在同一塊基底上的集成電路裝置的絕緣物質(zhì)，因此不能被移動(dòng) 。 在 這種情況下，氧化物犧牲層可以被其他物質(zhì)取代，例如照片底版。 2） 為了測(cè)量簡(jiǎn)便，直立平面線圈感應(yīng)器的測(cè)量在 PDMA 之后不能再 加強(qiáng)。但是感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)在 PDMA 之后可以通過(guò)不同的方法來(lái)加強(qiáng)（如涂覆聚 對(duì)二甲苯）以達(dá)到必要的硬度和耐磨度。 3） 當(dāng)直立平面線圈感應(yīng)器的 Q 因素可以在制作的過(guò)程中通過(guò)涂一層較 厚的金屬層來(lái)改進(jìn)的時(shí)候 ， 實(shí)驗(yàn)也就可以試著去探究一些不同的方法來(lái)加厚和加 強(qiáng)經(jīng) PDMA 裝配后在豎直位置的平面線圈感應(yīng)器的金屬層。 6 結(jié)論 直立平面線圈感應(yīng)器已經(jīng)通過(guò)一種新型的三維裝配方法 ——PDMA 實(shí)現(xiàn)了。 直立平面線圈感應(yīng)器較之傳統(tǒng)的感應(yīng)器主要有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn) ： 即它占用非常小的基底 空間 ， 并且有較少的基底損失和寄生現(xiàn)象 ； 這種直立平面線圈感應(yīng)器的制作和裝 配的過(guò)程與標(biāo)準(zhǔn)集成電路的制作過(guò)程相一致 ， 因此它適合于各種射頻集成電路系 統(tǒng)。 參考文獻(xiàn) [1] C. P. Yue ， S. S. Wong,硅片上螺旋感應(yīng)器的物理模型 .電氣和電子工程師 協(xié)會(huì)譯 .電子裝置， 2021， 47（ 3）： 560568. [2] M. Ozgur, M. Zaghloul, M Gaitan,高品質(zhì)因素 Q 的 CMOS 微機(jī)械感應(yīng)器 . 電氣和電子工程師協(xié)會(huì)關(guān)于電路和系統(tǒng)的國(guó)際研討會(huì)會(huì)議記錄， 1 99 9， 2： 577580. [3] B. K. Kim, B. K. Ko, K. Lee,單片電路平面射頻感應(yīng)器和表面性能可與那 些砷化鎵單片微波集成電路相比較的硅片上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu) .IEDM 工學(xué)院摘要， 1995， 717720. [4] J. B. Yoon, C. H, Han, E. Yoon ， C. K. Kim, 為射頻單片微波集成電 路而應(yīng)用一種新型的技術(shù)制作的一種高性能的三維片上感應(yīng) 器 .電氣和電子工 程 師協(xié)會(huì)，微波理論和技術(shù)協(xié)會(huì)摘要， 1999， 15231526. [5] D. Young, V. Malba, J. Ou, A. Bernhardt, ,高性能三維線圈感 應(yīng)器單片集成電路在無(wú)線通信中的應(yīng)用 .IEDM 工學(xué)院摘要， 1997， 6770. [6] J. B. Yoon, B. K. Kim, C. H. Han, E. Yoon, K. Lee ， C. K. Kim,高 性能電鍍螺線管型綜合感應(yīng)器 利用簡(jiǎn)單的三維表面顯微機(jī)械加工技術(shù)的射頻應(yīng) 用 .IEDM 工學(xué)院摘要， 1998， 544547