一种平面螺旋电感的制作方法

1.本发明涉及基本电子元件技术领域，具体涉及一种平面螺旋电感。


背景技术：

2.近年来,随着信息技术的迅速发展,给电子设备的小型化、集成化等提出了更高的要求。通常在印刷电路板上布满了大量的电容、电阻和电感等分立元件。与集成芯片和模块相比，这些分立的无源元件占用了印刷电路板的大部分面积，因此它们的小型化、平面化是解决电子设备小型化、集成化的关键，同时这种小型化、集成化可降低元件间的干扰、降低损耗,提高了电路性能。
3.相比于电容和电阻而言，电感对印刷电路板的重量和体积具有更大的影响。现有平面螺旋电感采用在基片上设置电感绕线的结构，工艺简单，但电感值较低。现有平面螺旋电感的仿真模型如图1所示，包括螺旋电感臂2、印刷电路板5、第一馈电输入端6、第二馈电输入端7、馈电臂9和馈电端8，以正方形螺旋结构为例在仿真空间1内进行构建电路模型并进行分析，分析结果如图2所示。在dc～10ghz范围内，电感值最大为3.2
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h。
4.为进一步提高电路性能，需要继续探索在不改变电感尺寸的条件下增大电感值，且不大量增加工艺复杂程度的方法。


技术实现要素：

5.本发明提供一种平面螺旋电感，目的是实现在不改变平面螺旋电感结构尺寸的情况下增大电感值。
6.一种平面螺旋电感，其特征在于，包括螺旋电感臂、臂间陶瓷介质、陶瓷介质衬底、印刷电路板、第一馈电输入端、第二馈电输入端、馈电端和馈电臂；印刷电路板的材质选用fr4，外形尺寸大于等于螺旋电感臂的最大外围尺寸，印刷电路板作为底板，陶瓷介质衬底建立在印刷电路板上，螺旋电感臂和臂间陶瓷介质建立在陶瓷介质衬底上，臂间陶瓷介质填充在螺旋电感臂的相邻电感绕线之间，最内侧一圈为螺旋电感臂；第二馈电输入端两端分别连接最外圈螺旋电感臂的端部和馈电端，最内圈螺旋电感臂与馈电臂连接，向印刷电路板一侧延伸，穿过陶瓷介质衬底后，通过第一馈电输入端连接到馈电端；第二馈电输入端和第一馈电输入端之间绝缘隔离；馈电端为螺旋电感臂提供激励，馈电臂的两端分别连接第一馈电输入端和最内圈螺旋电感臂。
7.进一步地，螺旋电感臂的材料为铜质。
8.进一步地，馈电端的材料为铜质。
9.进一步地，臂间陶瓷介质的材料采用99瓷。
10.进一步地，陶瓷介质衬底的材料采用99瓷。
11.进一步地，螺旋电感臂采用正方形螺旋结构。
12.进一步地，螺旋电感臂的线宽为0.02032mm，厚度为0.035mm，相邻线间距为0.02032mm，最外圈长度为0.4267mm。
13.进一步地，臂间陶瓷介质的厚度为0.035mm。
14.进一步地，陶瓷介质衬底的厚度为0.05mm。
15.进一步地，印刷电路板的厚度为0.09mm。
16.本发明所取得的有益技术效果是：
17.与现有技术相比，在不改变线圈尺寸的情况下，电感值有了明显提高。实现了在不改变平面螺旋电感结构尺寸的情况下增大电感值的目的。且在工艺可实现性方面没有明显增加复杂度，填充的材料为目前常用的陶瓷材料，没有明显增加成本。对电感线圈的形状、尺寸均无特殊要求，可以推广到其它尺寸和平面形状的电感设计中，适用性较广。
附图说明
18.图1是现有技术中典型平面螺旋电感的仿真模型；
19.图2是图1中仿真模型的电感值分析结果；
20.图3是本发明其中一种平面螺旋电感具体实施例的仿真模型；
21.图4是图3在另一个视角的轴测视图；
22.图5是图3中仿真模型的电感值分析结果；
23.附图标记：1、仿真空间；2、螺旋电感臂；3、臂间陶瓷介质；5、印刷电路板；6、第一馈电输入端；7、第二馈电输入端；8、馈电端；9、馈电臂；14、陶瓷介质衬底。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述，以下描述中提出的诸如特定系统结构、型号、技术参数等具体细节，仅为更好的理解本具体实施方式所做出的说明，而不是限定，不应因此影响本发明的保护范围。另外，对本领域技术人员来说应当知晓和理解的内容，此处不再赘述。
25.电感线圈与衬底之间存在寄生电容，当交流电流通过线圈时，部分电流会以位移电流形式通过寄生电容流至衬底，从电感的损耗机理考虑，存在金属导体损耗，衬底损耗，同时存在趋肤效应和邻近效应，这些都增加了电磁能量在空间和材料中的损耗，不利于能量的应用。
26.针对电路设计中常用的fr4印制板，在印制板表面制作平面螺旋电感，根据相关电磁场及电路理论的分析，减小电感尺寸可以增大电感量，然而受工艺条件的限制，尺寸的减小有一定的限度，当不能再减小电感尺寸时，可以在电感和介质基板之间加装陶瓷材料作为介质衬底，同时在电感相邻绕线之间也填充同类型陶磁介质材料，可以增加电感量。
27.如图3～4所示，基于上述分析提出了一种平面螺旋电感的具体实施例，包括螺旋电感臂2、臂间陶瓷介质3、陶瓷介质衬底14、印刷电路板5、第一馈电输入端6、第二馈电输入端7、馈电端8和馈电臂9。
28.平面螺旋电感的形状和尺寸无要求，可以是正方形螺旋结构，也可以是圆形螺旋结构，还可以是椭圆形或多边形等其他形式的螺旋结构。
29.图3中的螺旋电感臂2采用正方形螺旋结构，线宽0.02032mm，厚度0.035mm，相邻线间距0.02032mm，最外圈长度0.4267mm，材料选为铜质(copper)，绕3圈。
30.本具体实施例中臂间陶瓷介质3填充在螺旋电感臂2的相邻电感绕线之间，厚度为
0.035mm。臂间陶瓷介质3的材料采用目前广泛使用的99瓷，相对介电常数为9.8。也可以使用96瓷或其他牌号的陶瓷材料，99瓷的相对介电常数更高。
31.本具体实施例中陶瓷介质衬底(14)设置在螺旋电感臂(2)和印刷电路板(5)之间，厚度为0.05mm。陶瓷介质衬底14的材料采用99瓷。也可以使用96瓷或其它牌号的陶瓷材料，选择99瓷的优点是其相对介电常数更高。
32.本具体实施例中馈电端8的材料选为铜质(copper)。
33.本具体实施例中印刷电路板5的材质选用fr4，厚度为0.09mm，边长大于等于螺旋电感臂2的最外圈长度。
34.印刷电路板5作为底板，陶瓷介质衬底14建立在印刷电路板5上，螺旋电感臂2和臂间陶瓷介质3螺旋建立在陶瓷介质衬底14上，间隔设置，最内侧一圈为螺旋电感臂2。
35.第二馈电输入端7两端分别连接最外圈螺旋电感臂2的端部和馈电端8。最内圈螺旋电感臂2向下延伸，穿过陶瓷介质衬底14后，通过第一馈电输入端6连接到馈电端8。馈电端8为螺旋电感臂2提供激励。馈电臂9的两端分别连接第一馈电输入端6和最内圈螺旋电感臂2。
36.按上述参数在仿真空间1内构建电路模型并进行分析，模型采用集总端口激励，端口阻抗为50ω，分析结果如图5所示。在dc～10ghz范围内，电感值最大为5
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h。
37.本具体实施例所取得的有益技术效果是：
38.与现有技术相比，在不改变线圈尺寸的情况下，在dc～10ghz范围内，相同尺寸下电感值提高了14.625倍，电感值增加较为明显。实现了在不改变平面螺旋电感结构尺寸的情况下增大电感值的目的。
39.从可实现性方面看，与现有技术相比在工艺可实现性方面没有明显增加复杂度，填充的材料为目前常用的陶瓷材料，没有明显增加成本。
40.对电感线圈的形状、尺寸均无特殊要求，可以推广到其它尺寸和平面形状的电感设计中，适用性较广。
41.以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。