微芯片功能扩展了3D电感技术

研究人员表示，对于微芯片来说，越小越好，通过在标准化的2D微芯片制造平台上使用3D组件，开发人员可以节省多达100倍的芯片空间。一个工程师团队提高了之前开发的3D电感技术的性能，增加了多达三个数量级的感应，以满足现代电子设备的性能需求。

在一项由Xiuling李,一个电气与计算机工程他是伊利诺伊大学的教授，也是美国科学院的临时主任Holonyak微纳米技术实验室在美国，工程师们推出了一种能够产生数十毫拉磁感应的微芯片电感器。该技术使用完全集成的自滚动磁性纳米颗粒填充管，确保了浓缩的磁场分布和3D空间中的能量存储，同时保持了芯片上所需的微小占地面积。

传统的微芯片电感器是相对较大的二维螺旋导线，导线的每一圈产生更强的电感。李的研究小组以前通过切换到卷膜模式，使用2D处理开发了3D电感器，该模式允许导线螺旋出平面，并由绝缘薄膜从一个旋转到另一个旋转分开。当展开时，以前的金属膜只有1毫米长，但所占空间比传统的2D电感器少100倍。在这项工作中报道的线膜长度是1厘米的10倍，允许更多的匝数和更高的电感，同时占用大约相同数量的芯片空间。

“薄膜越长，如果不加以控制，滚动就越不规律，”李说。“之前，自滚过程是在液体溶液中触发的。然而，我们发现，当使用较长的膜时，允许该过程在气相中发生，可以更好地控制形成更紧密、更均匀的卷。”

新的微芯片电感的另一个关键发展是增加了实心铁芯。“最高效的电感器通常是用金属线包裹的铁芯，在尺寸不那么重要的电子电路中工作得很好，”李说。“但这在微芯片层面行不通，也不利于自滚过程，所以我们需要找到一种不同的方法。”

为了做到这一点，研究人员用一个微小的滴管将已经卷好的膜注入氧化铁纳米颗粒溶液。

“我们利用毛细管压力，将溶液滴吸入核心，”李说。溶液干了，铁就沉积在管子里。与行业标准的固体核心相比，这增加了有利的性能，使这些设备能够以更高的频率工作，而性能损失更小。”

李说，虽然在早期技术上取得了重大进步，但新的微芯片电感器仍然存在各种问题，该团队正在解决。

“与任何小型化电子设备一样，最大的挑战是散热，”她说。“我们正在与合作者合作，寻找能更好地散热的材料，以解决这一问题。如果处理得当，这些设备的磁感应能力可达数百至数千毫勒，可广泛应用于电力电子、磁共振成像和通信等领域。”

-副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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